硬密封球阀设计
V型硬密封球阀密封结构的改进设计
V型硬密封球阀密封结构的改进设计1 密封结构改进方法在现有的V型阀结构中，一般采用板簧结构密封，通过阀盖在压紧阀座的过程中，阀座通过板簧变形，使V型球面与阀座产生一个预紧力，达到密封效果，在客户使用过程中，不断遇到新的工况要求，介质为粉尘或是细小颗粒，当阀门开启及关闭过程中，使阀门的开关扭矩增大，无法正常开关，甚至使弹性密封结构因为介质的填充无法达到设计的目的。
在经过对其它厂家阀门以上结构的分析研究，并与使用厂家沟通交流后，我们总结为有以下两个主要问题需要改进：①由于介质为固体的金属粉末或砂石粉末，造成后面板簧处时间长后介质填满内部空间，造成弹性失效而使阀门卡阻，不能打开或关闭；②阀座长时间使用由于硬质颗粒的冲刷造成阀座的磨损损坏而产生泄漏。
针对客户提出的问题，新设计开发的V型弹性硬密封球阀[1-2]，改进了以上问题产生处的阀门结构，本结构采用弹簧变形产生的压力使阀门密封，开启关闭时，阀门的开关速度平稳，开关力矩较小，为了避免因为阀门在开关时阀座的移动，使阀盖，阀座及阀体之间产生间隙，粉尘介质进入压力弹簧工作空间，将会使弹簧无法正常工作，特采用了密封垫片，保证弹簧正常工作，避免了粉尘介质的侵入。
2 改进后结构特点经过对原来产品的改进，新设计的阀门密封结构达到了以下性能方面的提升：①本结构阀门主要采用压力弹簧变形来控制阀门的开关扭矩及达到密封的要求，采用密封垫片Ⅰ及密封垫片Ⅱ保证了弹簧的工作环境，不会因为介质的侵入而影响弹簧性能，保证了阀门的开启及闭合速度平稳，开关扭矩较小，避免产生扭矩太大而使阀门无法正常开关；②本结构阀座及阀盖，在进料孔端采用锥面进料，并在阀座靠近密封带处有高出密封带的台阶孔，此结构减少了因为物料冲刷而使密封面磨损，提高了阀门的使用寿命；③当阀门在使用中因为开关引起阀座磨损时，可以重新调换调整垫片，以改变阀座密封压力，使阀门达到密封要求，延长阀门使用寿命。
3 设计计算本产品改进的主要是密封结构处，所以对密封处的密封比压进行了计算验证，参考《实用阀门设计手册》中球阀产品设计公式，以DN150规格为例进行计算。
法兰连接金属硬密封球阀简介、设计及施工安装要点
法兰连接金属硬密封球阀简介、设计及施工安装要点法兰连接金属硬密封球阀,金属硬密封球阀产品结构特点经过特殊处理的球体与阀座，特别适用于高温度及含各种粉尘与固体颗粒的介质。
1、采用特别设计的补偿性可动金属阀座结构，密封可靠。
2、本系列球阀应按规定流向使用。
3、本系列球阀可配多种驱动装置。
随着现代机械加工工艺和新材料的不断发展，球阀已不仅仅用在输送水、压缩空气等低温介质以及对密封性能要求较低的管道上，在石油化工、冶金、电力等行业中，钢制球阀已被广泛应用在工艺条件要求苛刻、介质比较特殊的工业装置上。
尤其是金属硬密封球阀已被越来越多的人们所熟知和青睐。
阀门供应网的金属硬密封球阀为金属密封结构，密封形式为金属对金属密封。
应用范围：气动金属密封球阀广泛应用于化工，石油，轻纺，电力，食品制药，制冷，航空，航天，造纸等工业领域，Class150～1500、PN1.6～16.0MPa，工作温度-29℃～425℃(碳钢)或-40℃～550℃(不锈钢)，不仅能控制气体，液体和蒸汽介质．也适用于控制污水和含有纤维的本质。
选用不同的材质,可分别适用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介质、尿素等介质。
金属密封球阀的(DN15～200mm)中小口径采用浮动球结构，(DN125～500mm)大中口径采用固定球结构。
阀体材料：WCB、CF8、CF3、CF8M、CF3M、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti连接形式：法兰、焊接驱动方式：手动、蜗轮蜗杆传动、气动、电动结构特点：1、流体阻力小、球阀是所有阀门中流体阻力最小的一种，即使是缩径球阀，其流体阻力也相当小。
2、止推轴承减小阀杆磨擦力矩，可使阀杆长期操作平稳灵活。
3、阀座密封性能好，采用聚四氟乙烯等弹性材料制成的密封圈，结构易于密封，而且球阀的阀封能力随着介质压力的增高而增大。
4、阀杆密封可靠，由于阀杆只作彷转动运而不做升降运动，阀杆的填料密封不易破坏5、由于聚四氟乙烯等材料具有良好的自润滑性，与球体的磨擦损失小，故球阀的使用寿命长。
多晶硅行业中硬密封球阀的设计特点
多晶硅行业中硬密封球阀的设计特点于洋【摘要】通过对多晶硅行业工作环境的分析，提出硅粉介质工况下硬密封球阀的一些设计思路。
通过分析得出，与常规硬密封球阀相比，多晶硅行业中应用的硬密封球阀应该采用更加宽大的球座密封面，双刮刀设计的阀座，更全面的硬质合金喷涂以及更有效的阀座弹簧保护措施和更强劲的外部驱动力等设计。
%By the analysis of the working environment for polysilicon production ,this paper proposed several Design idear of Metal -seated ball valve working under such environment .In analysis ,compear-ing to the usualenvironment ,Metal-seated ball valve using for polysilicon production should have more widely sealing between ball and seat ,both blade design for seat ,more flame plating with hard alloy , more effectivity protect for seat -spring and more stronger driving force .T his paper also discussed the necessity of these designations by these opinions .【期刊名称】《河南机电高等专科学校学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】3页(P60-62)【关键词】硬密封球阀;多晶硅;硅粉;密封;硬质合金【作者】于洋【作者单位】驻马店职业技术学院，河南驻马店463000【正文语种】中文【中图分类】U173.4引言球阀，是切断阀中的一种，通过启闭钢球的90度旋转来控制流体的一种管道压力容器，因其流阻小，结构简单，使用方便等特点，被广泛应用于石油炼制、长输管线，化工、造纸、水利、电力、钢铁等行业。
一种高性能金属硬密封球阀弹性阀座设计与研究
球 体 和 阀 座 的 材 料 都 选 用 JFK!2J)./2"1=2DL/&不
考虑球体和阀座表面密封涂层材料对球体和阀座
变形量产生的影响'对球体的上*下轴孔进行固定
约束&球体和阀座的密封环带贴合'密封环带内部
区 域 全 部 承 受 高 压 流 体 介 质 的 静 压 力 ;/%12!<=&
阀座承受流体介质的推力和提供初始密封比压的
金属硬密封球阀设计参数及试验要求
设计参数 金 属 硬 密 封 球 阀 的 公 称 通 径 %&!""'(( (&)*'
+, ) ' 公 称 压 力 -!."'/)0 (12033'!$"" ) ' 设 计 温 度 4!56!#$'7 ' 用 于 油 & 气 混 合 介 质 工 况 % 金 属 硬 密 封 球 阀 的 阀 体 材 料 为 8*9/'8:"$ ' 球 体 材 料 为 8*9/'8:+!';<0'1=!>*9=:! ' 阀 座 材 料 为 8*9/' 8:+!';<0'1=!>*9=< '*9=:! 和 *9=< 合 金 材 料 均 采用超音速喷涂(?@A;)工艺加工% 8*9/'8:"$ 材料 在公称压力 -!."'/)0 下的工作压力为 -!.<'/)0% 密封性能试验要求
采用常规阀座和弹性阀座的密封结构分别见 图 : 和图 !% 图 : 和图 ! 中'/ 为密封面宽度'W? 为阀座活塞直径'/T 为密封面外 径 '(K 为 密 封 面 内 径 ' 为 球 体 半 径 ' 为 密 封 面 投 影 宽 度 ' 为 密封面法向与通道轴向之间的夹角% 常规阀座和 弹性阀座的设计尺寸是完全相同的' 不同之处为 对弹性阀座进行了优化升级' 在其上加工了 : 道 弹性凹槽%
顶装硬密封球阀的设计
（ ）在 线维修 结构 顶装球 阀的优 势就在 于可以 ９
方便 地实 现在 线维 修 ，为实 现在 线维修 ，阀座设 计为
图３ 所示结构 ，装 配时 先将阀座 、弹簧 座 自阀体 顶部 装 入 ，阀座 向两 边退 人流 道孔 ，装入 球体 ，然 后将 阀座 推 向球 体 ，通 过定 位销将 弹 簧座和 阀座 推 向球 体 ，并
保阀杆可长期稳定 的工作。
（ ）阀杆密封用 唇形Ｐ Ｆ ￥ ０形密封 圈 构成 内 ４ Ｔ Ｅ１ 外三组密封副 （ 对高温 工况采 用柔性石墨做密封 ），实
靠弹 簧的预 紧 力实现 初始 密封 。需 在线维 修时 ，将 阀
盖 打开 ，通 过 定位销 上的 螺孔 将定 位销拔 出，将弹 簧 座 向后 移动 ，此时 阀座亦 可以 向后移 动 ，当两 边阀 座
体。在阀体上部安装放空螺 搴 ，便于进行压力试验和对
阀腔进行清洗 。在 阀体底部采用螺纹联接 安装排污阀 ，
过转轴 、 自润滑轴承 传递 到阀体和阀盖上 。球体无压 力
平衡孔 ，球 阀能在 阀门全 关或 全开的时候 ，排放 阀门中
用来控制阀体中腔内的杂质排 出。 （ ）阀盖接 盘尺寸符合ＩＯ ５ １标准的规定 接盘 ８ Ｓ ２ ｌ 设 计为既可安装加长杆 （ 埋地 阀门），又 可接 各种 （ 手
糖 ∽
三、设计计算
为 了保证 阀门 能安 全 、可靠 、稳定 的运 行 ，需要
对 阀体壁 厚、密封比压、开启力矩 、阀杆强度进行计算
或 校 核 ，其 中 阀 体 壁 厚 、 密 封 比 压 的 计 算 这 里 就 不 作 赘
述 ，仅列举开启 力矩 、阀杆强度的公式 ：
煤化工金属硬密封球阀有限元分析及结构优化设计分析
煤化工金属硬密封球阀有限元分析及结构优化设计分析摘要：文章结合煤化工的基本情况，对煤化工金属硬密球阀的有限元分析展开研究，在有限元分析之后，实现对结构的优化设计，提高煤化工金属硬密球阀的服务能力，使之满足相应工业生产的需求，推动煤化工行业的稳定健康发展。
关键词：煤化工；金属硬密球阀；有限元分析；结构优化设计在煤化工行业发展中，为了满足煤化工的发展需求，要对煤化工工作中的相应器件进行控制，其中金属硬密球阀是煤化工工艺中的重要器具，为了提高金属硬密球阀的功能，要对其展开有限元分析，经过分析后，对结构优化设计进行分析，提高煤化工金属硬密封球阀的功能和作用，推动煤化工行业的健康发展。
基于此，文章以煤化工金属硬密封球阀为研究对象，对其的有限元分析进行研究，再对结构优化设计进行分析，提高其的服务能力，促使煤化工的相关工作能顺利进行。
1.煤化工金属硬密封球阀的相关研究金属硬密封球阀在煤化工工艺中，具有较高的应用价值，其可以用在介质在油、气、水的基础上，再增加煤粉、煤渣、渣浆等高粘性和高硬度的固体颗粒中。
在工作时，可用于煤气化的装置中。
而且其还可以用于此类介质球阀使用一段时间后，比较容易出现卡顿或是开关不到位的情况，甚至还会有内漏的问题，直接影响金属硬密封球阀的功能和作用。
甚至还会有执行器的持续输出能给球阀整体的操作带来影响，导致破坏的情况发生，甚至会影响球阀的功能。
在金属硬密封球阀工作中，可能会受到一些因素的影响，导致金属硬密封球阀的工作受到影响。
1）内漏。
内漏是金属硬密封球阀常见的问题，其主要是因为工艺介质的性质、运行条件、密封副涂层材料等因素，都可能引起内漏的情况发生。
如果副涂层的选取不合理，也可能导致开关过程中，密封面之间出现严重拉伤的情况。
另外，如果上下游相对压差相对较大，就可能导致流通间隙相对较小，流速相对较快的，会导致球阀开关出现频率不断增加的情况，引起球阀内漏的情况出现。
2）卡顿和开关不到位。
这种情况，主要是因为密封面拉伤、固体颗粒介质在阀腔内堆积，还可能因为相关部件的设计不合理，也就影响金属硬密封球阀的服务作用。
关于双向偏心金属硬密封球阀的设计应用
关于双向偏心金属硬密封球阀的设计应用摘要：双向偏心金属硬密封球阀是普通球阀的改进型之一，它受温度限制小，操作轻便，磨损较小，很好地解决了普通球阀的一些缺点。
关键词：球阀双向偏心1.双向偏心金属硬密封球阀的结构1.1.球阀是带圆型通孔的球体作为启闭件，球体随阀杆转动，以实现阀门启闭动作的阀门。
球阀以结构紧凑、尺寸小、流通面积大、直通式、中间无阻碍、流阻小、启闭迅速等优点，广泛应用于管路系统，是目前工业上常用的阀门。
双向偏心金属硬密封球阀（图1所示）是在球阀的基础上，引进半球阀原理，使启闭件（球）与密封球座，在关闭时保持双面密封，应用偏心楔紧原理，每面都与相应的阀座形成楔紧状态，达到密封楔紧所需要的比压。
在开启时偏心球向外旋动，使球形密封面与阀座脱离开，不接触，球体自由地在两支撑轴上空转，减少了摩擦。
1.2.密封原理：双向密封球阀是将阀芯（球体）如图2所示的几何形状做成对称双偏心式的两个球半径相等，偏心距e=e的球面。
使球形阀芯与其相对应的阀座形成楔型的结构。
阀芯在支撑半轴上转动，开启时偏心球体逆时针转动，球体密封面与阀座脱开，互相不接触，阀芯在两半轴上空转。
关闭时球体顺时针旋转，应用圆偏心楔紧原理，每个球面都与其相对应的阀座形成楔紧状态，达到楔紧所需要的密封比压。
关键零件是球形阀芯的几何形状，作成对称双偏心式球面，使其球型阀芯与两端阀座形成楔型结构。
若一个密封面是液体迎着球面的密封副工作，另一个密封副则成为顺流正向的工作密封副。
由于作用在球面阀芯上的压力方向不同，密封正压力总值也就不同。
流向压力大，承载密封能力越大。
双向偏心金属硬密封球阀的最大特点是：既可逆向承载（）的密封压力；更能顺向承载（）的密封压力。
而且，一旦逆向的密封压力失效时，又一道顺流方向的承载力发挥作用，其承载能力可增加30～60%，承载能力使阀体组件保证可靠的工作状态。
2.偏心球的设计原理及其计算公式2.1.自锁条件：如图3所示圆偏心及其升角变化斜面机构的自锁条件是斜面螺旋升角α小于偏心体与底面、偏心轴与孔壁间的摩擦角、之和，即螺旋升角小于摩擦角2.2.图中自锁条件的力矩平衡方程式：令摩擦系数μ1=0.1，且忽略偏心园盘轴与孔壁间的摩擦力矩，取μ2=0，上述公式简化为：实际应用中，考虑到系统中各部位的摩擦及阀座环口的非平面因素，取μ1=0.15，可以满足：即自锁条件为：偏心球体直径D，偏心量e，满足上述条件，就能在相关尺寸设计时保证阀门自锁条件，即阀门在使用过程中不会自行松开，保证安全可靠。
金属硬密封耐磨球阀的设计、制造与工艺
1
2
采用上下支承轴定位球体的结构设计
球体采用上下支承轴定位的结构设计，上下支承轴与阀体静配合，不会产生支承轴的倾斜，阀杆设置在上支承轴内部，介质对球体的推力由上下支撑轴承受，阀杆仅仅传递启闭阀门的扭矩，因此可以大大减少阀杆的扭矩。
02
采用上下支承轴定位球体的结构设计
01
3.4、高温工况的结构设计
典型的超音速喷涂设备（HVOF）
典型的超音速喷涂系统
球体的超音速喷涂
超音速火焰喷涂技术（HVOF）
考虑到超音速喷涂的结合力以及喷涂的成本，喷涂层的厚度通常控制在0.3mm左右，为了确保涂层的均匀性，球体喷涂前的圆度以及喷涂的均匀性非常重要，一般需要通过研磨以保证球体喷涂前的圆度，采用电脑控制的机械手对喷枪进行控制能够确保涂层的均匀性，而采用人工控制喷枪的方法则很难保证涂层的均匀性。
采用上下阀轴直接定位球体的结构设计
采用上下阀轴直接定位球体的结构设计
采用上下阀轴直接定位球体，该结构设计尽管简单，但是由于阀轴既要承受管道中的介质推力，又要承受启闭球阀的扭矩，因此，阀门的启闭扭矩较大。另一方面，由于阀轴与阀体为动配合，有一定的配合间隙，阀门关闭时介质作用在球体上的巨大推力必然会使阀轴产生一定的倾斜，从而导致阀门启闭时扭矩的增大，另一方面，阀轴的倾斜还容易引起阀轴部位的介质泄漏。
镍基合金热喷涂技术
镍基合金热喷涂是目前在金属硬密封球阀上成功应用的一种密封面硬化方法，镍基合金耐磨、耐腐蚀、耐温等，其综合性能优良，根据我们的实践，镍基合金适用于灰水、黑水、煤浆、煤渣等多种工况介质。
镍基合金热喷涂技术
镍基合金是一种自溶合金，主要成分包括镍、铬、硼、硅，其中镍是主要成分，也是耐磨材料与基体材料的粘合剂，根据配比成分的不同，可以获得不同的硬度，金属硬密封球阀一般采用HRC55～64的硬度。通过对基体材料及镍基合金材料的高温加热，能够使基体与密封面耐磨材料达到冶金结合，因此，镍基合金热喷涂具有结合强度高的特点。与超音速火焰喷涂相比，镍基合金热喷涂的另一个优点是涂层的厚度较大，一般为0.5～1.0mm。
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大口径硬密封球阀的设计
1 概述
球阀由于具有启闭迅速、轻便、流体阻力小，结构简单、体积小、重量轻、密封可靠、维修方便等特点，因此被广泛应用于化工、石油、发电、原子能等各行业的管道上。
近年来，随着材料和制造技术的发展，中、小口径球阀已满足不了市场发展的需要。
本文探讨了一种适用于高温高压工况下的大口径硬密封固定球球阀的结构设计。
2分析
球阀按其结构形式一般分为浮动球球阀和固定球球阀两种。
而浮动球球阀一般用于中小口径，中低压管道。
当阀门公称通径DN≥200mm,公称压力PN≥600Lb时,一般采用固定球球阀。
3结构设计
针对大口径工况的需求，设计了大口径硬密封固定球球阀（图
填料采
使更换填料更
下阀杆处增加了
二是具备了防静电功能。
阀座后部设有弹簧座及弹簧，保证低压时阀座预紧力，保证密封。
阀座弹簧预紧组件，具有自紧特性，实现上游密封。
结构设计充分考虑了
介质沉积、结垢对弹簧的影响，采用配合尺寸对其进行封闭。
而且阀门流
量孔径与管线内径一致，以便管线清扫。
4材料选择
首先，阀门的主要零件（阀体、球体、阀座、填料箱，阀杆等）材质采用双相钢S31803（中国牌号为00Cr22Ni5Mo3N）。
球体及阀座密封面喷焊不同牌号的硬质合金，喷焊层厚度为 2.5mm,其硬度差达HRC50。
双相不锈钢S31803（00Cr22Ni5Mo3N）硬度：HB≤290，而普通ASTM A182 F316L+G510的硬度：HB≤180。
阀门密封件材料为双相钢喷焊硬质合金，不但硬度提高了，而且耐冲蚀性和抗擦伤性也随之提高。
其次，双相不锈钢与普通的316L相比，耐晶间腐蚀性能更加优良，不但增加了强度和韧性，而且更容易密封。
双相钢材质的球阀比普通的球阀使用寿命长一倍基至几倍。
再次，普通的ASTM A182 F316L+G510球阀仅适用于尿素及甲胺液等腐蚀性介质，而双相钢球阀不但适用于尿素及甲胺液等腐蚀性介质，而且适用于含硫化氢、氢气、一氧化碳及有氯离子的介质，适用介质更加广泛。
5 设计计算
mm
MPa
壁厚合格。
2－0.6D MN2
JH 阀后密封比压：q o=P（0.6D MW2－D CH2+0.4D MN2）/8Rhcosψ
验算合格条件为：q MF＜q＜［q］
式中：q MF—密封面上必需的比压，MPa
［q］—密封面许用比压，MPa
ψ—球体与密封圈接触点与通道轴法向夹角，（°）
P—设计压力，MPa
D JH、D MN、D MW、R和h如图所示，设计给定。
5.3阀杆强度
阀杆力矩：M F= M QG+ M FT+ M ZC
式中：M F—阀杆力矩，N.mm
M QG—球体与阀座密封面间的磨擦力矩，N.mm
M QG = M QG1＋M QG2
M QG1—阀座对球体的预紧力产生的磨擦力矩，N.mm
M QG1 =π/4×（D MW2－D MN2）（1＋cosψ）q M F f M R
M QG2=πP f M R (D JH2－0.5D MN2－0.5D MW2)/δcosψ
M FT—填料与阀杆间的磨擦力矩(此种结构M FT近似为0)，N.mm
M ZC—轴承产生的磨擦力矩，N.mm
M ZC=π/8×D JH2P f Z d QJ
q M—球体最小预紧比压，
f M
f Z—轴承磨擦系数(取f Z=0.05
d QJ—阀杆直径,设计给定,mm
阀杆头部扭转剪切应力(图5)
式中：τN—
ω
ω=b3/4.8
β—系数
b—阀杆头正方形断面厚度(图
6 结语
硬密封固定球球阀是新一代高性能球阀，适用于长输管线和一般工业管线，其安全、耐恶劣环境性等在设计时均已进行了特殊考虑，用于各种
腐蚀性介质。
它与浮动式球阀相比，工作时管道中阀前流体压力在球体上产生的作用力全部传递给了上、下轴承，球体不移动，阀门密封靠弹簧和介质压力推动阀座实现，因而阀座不会承受过大压力。
所以，硬密封固定球球阀阀座变形小，操作力矩轻，密封可靠，使用寿命长，特别适用于高压、大口径的场合。
随着化工行业进口装置的不断增大，采用大口径硬密封固定球球阀的厂家越来越多。
该阀已成为各大化肥厂家选购球阀的首选阀门。