球阀密封的改进
高压耐磨球阀密封性改进研究
高压耐磨球阀密封性改进研究3.温州逾明控制设备有限公司浙江省温州市3250164.温州科点科技有限公司浙江省温州市325016摘要：现如今，在高压耐磨球阀设计中，在实际应用上具有密封性差和泄露等问题，基于此，本文对高压耐磨球阀密封性改进进行简要探讨，采取有效方式完成高压耐磨球密封性进行改进，可将高压耐磨球阀密封性差和泄露等问题进一步解决，首先应在耐腐蚀材料的选择上进行改进，再对耐磨球阀结构进行改变，将原有的密封机理进行改变，通过改变以上内容，才可改变问题，进一步保证高压耐磨球阀的使用可靠性【1】。
关键词：高压耐磨球阀密封性结构改变材料改进引言：近些年，社会不断发展与进步，因此，煤化工产业也得到质的飞跃，但目前社会发展迅速，产业逐渐落后，造成化工产业产生很多问题。
在煤化工产业中，高压耐磨球阀在此工程中具有十分重要的作用。
在实际工作过程中，煤液化为较高，因此对球阀的耐磨性、耐腐蚀性及耐高温性具有较大要求，一旦高压耐磨球阀密封性不好，则会造成球阀出现泄露情况，除了会对产业经济造成损失外还会造成环境污染，泄露严重情况下还会出现人员伤亡情况。
现如今，绝大部分高压耐磨球阀采用进口材料，造价极高且使用效果较差，因此，高压耐磨球阀的密封性改进成为现代首要问题之一。
1、高压耐磨球阀使用存在的问题及密封原理在高压耐磨球阀使用过程中，煤液化具有高压、高温、高腐蚀特点，因此对球阀密封性要求较高，受到各种各样问题的困扰，为装置运行安全带来极大困难，想要深入改变安全问题，便需要找准球阀外漏及内漏的位置，将泄露问题改善。
基于此，要对球阀整体结构设计及材料选择进行分析与探讨，选择正确合理的球阀密封结构，将球阀内的装置进行分开探讨，逐一排查单独装置问题，除此之外，还应对各种球阀进口原理及内部结构进行对比，找到外漏或内漏球阀的位置，将其正确拆卸下来，在根据不同球阀的不同结构设计理念进行深入研究，还可与其他国家球阀设计理念相对比，找到可结合的技术进行改进，进而确保在提升密封性的基础之上，可安全可靠使用。
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。
阀门改进方案
阀门改进方案引言阀门是流体控制系统中的重要组件，用于控制流体的流动。
然而，在实际应用中，阀门常常面临一些问题和挑战，如漏气、泄漏、堵塞等。
因此，为了提高阀门的性能和可靠性，需要进行相应的改进和优化。
本文将提出一些阀门改进方案，旨在解决当前阀门存在的问题，并提升其性能。
1. 制造材料的选择阀门的制造材料对其性能和耐用性具有重要影响。
当前常用的阀门制造材料包括铸铁、不锈钢、铜合金等。
为改善阀门的耐腐蚀性能和密封性能，可以考虑采用高级合金材料，如钛合金、镍基合金等。
这些材料具有较高的耐腐蚀性和机械强度，能够更好地适应恶劣工况，提升阀门的耐久性。
2. 密封结构的优化阀门的密封性能直接影响其使用效果。
当前常见的阀门密封结构包括弹簧式密封、填料式密封和金属密封等。
然而，在某些特殊工况下，这些密封结构可能存在失效、泄漏等问题。
为此，可以考虑采用双密封结构，即在阀门密封面上增加第二道密封，以提高阀门的密封性能和可靠性。
同时，结合高级密封材料，如聚四氟乙烯（PTFE）等，可以进一步提升阀门的密封效果。
3. 内部流道的优化设计阀门的内部流道设计对流体的流动特性和阻力有重要影响。
为了降低流体的阻力损失和能耗，可以优化阀门的内部流道结构。
例如，采用球阀结构可以提供更大的开启通道，减小流体的阻力。
此外，通过流道表面的抛光处理，可以进一步降低阻力损失，提高流体的流动效率。
4. 自动控制系统的引入传统的阀门需要手动操作，存在操作不便、反应慢等问题。
为了提高阀门的控制精度和灵活性，可以引入自动控制系统，实现阀门的自动监测和调节。
自动控制系统可以采用传感器和执行器，实时监测流体参数，并通过控制信号调节阀门的开启度。
这样，不仅可以提高阀门的响应速度，还可以实现对流体流量的精确控制。
5. 定期维护和检修阀门在长期运行过程中，由于受到流体的冲击和磨损，可能会出现磨损、损坏等情况。
为了保证阀门的正常运行，需要进行定期维护和检修工作。
维护工作包括清洗、润滑、紧固等，以保证阀门的灵活性和稳定性。
提高球阀密封性能的途径
球阀密封副的密封机理球阀的密封副大多为金属（也有少数用橡胶，塑料等非金属的情况，大多是用于低压）。
通常密封是靠密封副的接触面压紧来阻止介质通过。
1．影响密封的因素分析由于密封涉及到很多微观的物理现象，对其中一些影响因素至今还没有进行充分的研究和认识，只能做一些定性的分析，还不能由理论推导出定量的计算方法。
尽管如此，对影响密封因素的讨论仍然是十分重要的，因为它能为我们提供进一步改进密封结构、提高密封性的方向和途径。
（1）密封面的表面状况球阀密封面的加工精度和表面光洁度越高，则密封面间的间隙就越小从而有利于密封特别是密封比压较低的情况加工精度和光洁度的影响十分显著。
而当密封比压较高时，由于密封面在压力作用下其表面上的微观不平度仍很大程度上可以被压平，因而对表面光洁度不敏感。
（2）密封面材料球阀密封面材料除一般的强度耐腐蚀等要求外，对密封性能影响最大的是它的硬度，对密封面的硬度要求主要是具有承受相应密封比压防止发生塑性变形（宏观）和被压溃，硬度还与密封面的耐冲蚀能力有关（3）密封面宽度球阀密封面宽度增加将使介质由内沿泄漏到外缘所经过的路径增加，流阻增加。
应当指出毛细通道的长度并不等于密封面宽度因为毛细通道是曲折变化的，其实际长度将远大于密封面宽度。
（4）密封面的内外压差实际这个压差就是所要密封的压力。
在实际工况中密封面外（即阀后）常常是有压介质，它有从外缘进入密封面向内沿流动的趋势，从而阻碍被密封的介质向外泄漏，所以影响密封性能的不是闭腔内的介质压力而是内外压差。
（5）介质的性质介质的粘性对密封性能影响极大，粘性大的介质由于内摩擦的作用，在毛细通道内流动阻力大，易于形成闭合。
气体的粘度远小于液体所以气体介质的密封要比液体困难（6）工作温度温度升高将使密封副膨胀，毛细管扩展，也可能由于介质密封副变形的不均匀而引起密封面畸变而影响密封副的吻合，间隙增大而不利于密封。
（7）密封面比压密封比压是指作用于单位密封面上的平均正压力，实际上指密封面理论计算比压,用q 表示。
如何改进提高球阀的密封性能
如何改进提高球阀的密封性能球阀作为一种常见的管道控制装置，广泛应用于石油、化工、电力等行业。
其密封性能直接影响到整个系统的可靠性和安全性。
因此，北高科阀门将和大家详细探讨如何通过设计优化、材料选择、制造工艺以及使用和维护策略来提高球阀的密封性能。
设计优化1. 阀门结构设计：优化阀门结构设计，确保阀体、阀盖和阀杆等部件之间的连接更加紧密，减少潜在的泄漏路径。
2. 密封面设计：采用窄面密封设计，增加单位面积上的密封比压，从而提高密封性能。
3. 压力自密封设计：利用介质的压力作用，使阀门在介质压力下实现更好的自密封效果。
4. 防火设计：对于需在火灾情况下仍能保持密封的球阀，应设计具有防止因高温造成密封失效的结构。
5. 双重密封结构：在球体上下各设置一道密封，即使一道密封失效，另一道也能保证密封效果。
6. 弹性补偿元件：使用弹簧、波纹管等弹性补偿元件以适应热胀冷缩等引起的尺寸变化，确保密封持续有效。
材料选择1. 密封面材料：选用耐高温、耐磨损、耐腐蚀的密封面材料，如硬质合金、陶瓷或特殊合金材料。
2. 密封座材料：采用具有良好弹性和抗腐蚀性的材料，如PTFE（聚四氟乙烯）等高分子材料。
3. 阀杆密封材料：选用耐久性强的填料材料，如石墨填料或者高效密封圈。
4. 阀体和阀盖材料：根据工作条件选择合适的阀体和阀盖材料，如不锈钢、碳钢或耐腐蚀合金。
制造工艺1. 精密加工：提高加工精度，确保球体和密封座之间的配合精度高，降低泄漏概率。
2. 表面处理：对密封面进行研磨、抛光处理，达到镜面效果，减少微小颗粒导致的泄漏。
3. 热处理工艺：通过固溶处理、时效处理等热处理手段提高材料的机械性能和密封性能。
4. 压力测试：在生产过程中进行多次压力测试，确保每个阀门的密封性能符合标准。
5. 清洁装配：在装配过程中保持高度清洁，防止杂质进入密封面之间。
使用与维护策略1. 正确安装：按照制造商的指导手册进行正确安装，保证阀门的密封面正确对准。
球阀密封性能分析及优化
创新观察—378—球阀密封性能分析及优化施俊杰（江苏神通阀门股份有限公司，226232）1 引言在众多类型阀门中，球阀具有开关迅速方便、密封性好、寿命长、可靠性高以及流体阻力小等优点，因而在流体介质运输系统中应用广泛。
目前，球阀在我国工业体系中的应用主要涉及石油冶炼、航空航天、生物制药、水利水电、核电以及钢铁冶炼等领域。
由于某些介质具有腐蚀性或者毒性，因而传统球阀在进行密封材料的选择时使用了聚四氟乙烯，这种材料物理化学性质不活泼，但是在180℃以上的高温以及低温条件下都会造成密封不良的问题。
因此，通过相关密封结构的分析和优化，成为提高球阀密封性能的一个可行方向。
2 球阀密封原理与密封结构分析2.1 球阀工作原理常用的球阀结构可分为浮动球球阀与固定球球阀两大类，一般固定球球阀结构如下图1所示，球体具有上、下转轴，球体位置固定，流体压力不能使它产生位移，但支持件和密封环却是浮动的，借助弹簧或流体推力压向球体，建立密封比压，借助手柄或其它驱动装置在阀轴上端施加一定转矩并传递给球体，使球体旋转90°（特殊球阀结构例外），球体的通孔则与阀体通道中心线重合或垂直，完成球阀的全开或全关动作，从而实现流体的阻断和流通。
2.2 球阀密封结构分析通常情况下，球阀密封包括内密封与外密封两个方面。
其中，内密封合格标准为：当球体处于关闭状态时，在球阀入口方向施加一定大小的压力，软密封球阀出口侧无介质泄漏现象，硬密封球阀出口侧泄漏量应符合相关标准要求；外密封合格标准为：在任何使用情况下，球阀结构完好，各压力边界无泄漏现象。
图1 一般固定球球阀结构示意图为了保证球阀具有较好的密封性能，需要在设计时注意以下两点：（1）为了保证球阀的外密封性能，需要保证轴套、支持件与螺塞上密封圈与球阀壳体之间的配合间隙，还要保证活门轴上密封圈与轴套轴孔间的配合间隙；（2）为了保证球阀的内密封性能，需要保证密封环和球体密封面的加工精度，并且通过弹簧或者流体推力使两者之间产生合适的密封比压，形成具有良好密封性的密封副。
阀门技术改进实践的深入总结
阀门技术改进实践的深入总结。
一、阀门技术的意义阀门技术是工业设备的重要组成部分，其作用是控制流体的流动，调节流量和压力，实现工艺流程的安全运行。
要保证生产过程的可靠性和有效性，需要采用高度优化的阀门技术。
而且，随着工业化的不断发展，阀门的使用范围也在不断扩大，单纯的打开和关闭已经不能满足工业企业对阀门控制的需求。
因此，阀门技术的改进对于提高工业设备的自动化程度和生产效率具有重要意义。
二、阀门技术的改进方向阀门技术的改进方向主要围绕以下几个方面展开：1.阀门的自动化控制传统的阀门控制方式主要是手动和机械化控制，这种控制方式不仅效率低下，而且操作难度大。
在实际生产过程中，会出现频繁的操作失误、渗漏、泄漏等现象，从而导致流体的流动、稳定性和安全性都受到了极大的影响，而且工人的工作也很辛苦，难以保证生产效率和稳定性。
因此，阀门的自动化控制成为了提高工业设备自动化程度的主要手段之一。
目前，阀门自动化控制可采用Pneumatic、Electric或Hydraulic等多种驱动方式。
其中，Pneumatic驱动方式受到人们的广泛认可，主要原因是压缩空气是一种安全可靠、易于控制的能量源，能够确保阀门的控制速度和准确性。
而且，Pneumatic驱动方式具有开、关、调节、比例反馈等多种功能，能满足不同的控制需求。
2.阀门芯材料的改进阀门的芯材料在工业生产过程中扮演着举足轻重的角色，直接影响着阀门的耐腐蚀性、耐高温性、密封性和稳定性。
传统的阀门芯材料一般采用镍铜合金、铜、不锈钢、铸铁等材料，这些材料虽然可以满足一般需求，但是在特殊工艺和环境条件下，其使用寿命和稳定性都难以保证。
因此，阀门芯材料的改进成为了当今阀门技术的重要研究方向之一。
目前，阀门芯材料的改进主要采用钛合金、高强度陶瓷、黑陶瓷、聚四氟乙烯等新材料，这些材料具有优异的耐腐蚀性、耐热性和密封性，能够满足高温、高浓度酸碱溶液等特殊要求的阀门应用。
3.阀门密封材料的改进阀门的密封性是阀门技术的重要指标之一，其好坏直接决定了阀门的使用效果和性能。
顶装式球阀密封结构的改进
顶装式球阀密封结构的改进摘要：投产初期，在现场进行吹扫试压过程中，多次对阀门开关后发现，阀门关闭后，对下游管线放空后，压力无法泄放到0Mpa，多次测试分析，阀门存在内漏、外漏现象。
针对阀门内、外泄漏现象提出了四种改造方案。
将阀杆处lip seal（PTFE+镍基弹簧）密封圈换成抗硫O型密封圈；在中腔部位多增加一道抗硫O型密封圈；将下游阀座部位lip seal密封圈改成抗硫O型密封圈；阀球与阀座密封面进行超级化学镀ENP。
关键词：阀门密封填料一、概述普光气田集气站阀门种类繁多，有闸阀、球阀、截止阀、止回阀、安全阀等十余种，其中顶装式球阀使用较广泛。
自投产以来，普光球阀出现过外漏和内漏问题。
其中，外漏会导致H2S检测仪报警，内漏会使得在进行批处理时气体通过阀门进入收球筒区，在打开收球筒盲板时出现爆鸣现象。
针对球阀在生产过程中出现的泄漏问题进行了密封结构改造。
二、顶装球阀常见问题分析1.在投产初期阀门内漏分析投产初期，在现场进行吹扫试压过程中，多次对阀门开关后发现，阀门关闭后，对下游管线放空后，压力无法泄放到0Mpa，多次测试分析，阀门存在内漏现象。
1.1阀门拆解后分析对存在内漏的阀门进行了解体，解体后在阀腔内发现有金属颗粒、硬物及充满泥沙的粘稠液附在球体和阀座上，部分阀门球体和阀座上仅有微小划痕，这些杂质混在介质中不可避免地进入到唇式密封圈的密封区域，随着长时间的高速气流吹扫，造成唇式密封圈被刮伤，同时由于对零件的表面粗糙度要求很高（要求Ra0.2），任何细小的划痕都会导致密封泄漏。
1.2顶装球阀密封结构失效原因分析吹扫试压时，对阀门进行开关操作，导致介质进入阀座密封处，导致阀座处的唇式密封圈密封失效。
唇式密封要求较硬，要求的过流介质较洁净，阀门厂家在选择使用在普光气田的阀门密封形式错误。
2.使用过程中出现问题分析随着生产时间的延长，部分球阀出现了开关十分困难现象，经过分析，判断一是减速机构处存在问题，二是阀门内部密封及弹簧处存在问题。
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球阀密封的改进
球阀密封的改进:
一、球阀密封的现状与分析
铸石球阀是在灰渣管路中比较理想的启闭装置，其上密封好坏直接影响阀门的质量和使用寿命。
过去采用O形橡胶密封结构形式，即在轴上加工出的环形槽内放入O形密封圈，然后将其装配进套类零件上加工出的孔内，形成轴与孔的密封，这种结构的密封性能取决于设计时的过盈量，即O形密封圈的压缩量和孔、轴零件的加工精度。
过盈量太小，密封性能差，过盈量太大，装配时容易挤坏O形密封圈，使密封失效。
该密封结构简单，装配容易。
但若轴、孔的加工精度不高或难以提高加工精度时，除基本的密封性能难以保证或难以进一步提高精度时，其主要的缺点在于密封材料，这种密封结构在气缸、液缸中还是很适用的，在灰渣水中所使用铸石球阀上密封就很难保证其密封性能了。
原因在于球阀的开关属于部分回转型的，经常需90°开关。
由于阀杆与阀体之间为动配合，有一定间隙，阀门在开关时介质作用在球体上的巨大推力，必然使阀杆产生一定倾斜，阀杆的力偏向的一边，那一边就磨损严重，而且灰渣水中含有大量悬浮物冲蚀着密封圈。
引起阀杆部位O形密封圈寿命周期短，泄露现象经常发生，对现场环境也造成一定影响，因此决定对密封结构形式及材料进行改进，改进后的主要出发点是使其在轴、孔的装配中，能通过压缩量进行调整，不用大幅度地提高轴、孔的加工精度就能保证有效地密封。
二、球阀结构改进和磨具设计
1、X形密封圈结构
X形密封圈四周都有密封面，在密封环里外面均有润滑槽，这种结构优于O 形密封圈，安装精度低，使用可靠性好，无需维修，价格低，还可以通过垫片进行压缩量调整，现已被广泛用于各压力等级铸石阀门的密封当中，可以有效防止泄露现象的发生，极大地延长了阀门的使用寿命，提高了阀门的可靠性。
2、X形密封圈材料
X形密封材料采用聚氨酯(CPU)材料的，可以有效解决传统O形密封圈中所存在的问题。
浇注型聚氨酯是现在国际上比较通过的一种密封材料，其弹性模量大，物理力学性能好，能承受较大的冲击载荷，且聚氨酯目前已经基本解决了抗水解问题，耐温等级也在不断地提高，大大扩展了聚氨酯的应用领域。
用浇注型聚氨酯生产X形密封圈，工艺简单，制造成本低。
其耐压等级可达60MPa甚至更高，保压效果也相当不错，基本可达零泄露。
3、球阀密封原理
其工作原理：当拧紧螺栓时，填料压盖向下运动压紧调整垫片，通过V形填料垫的挤压，使X形密封圈里唇、外唇同时贴紧轴和孔的密封面，保证可靠性的密封，其主要密封性能取决于装配时拧紧螺栓的压紧力，而与轴、孔尺寸精度无太大关系。
4、磨具设计
保证产品使用要求，符合设计要求;
脱模、清模容易，操作方便;
制造成本低;
磨具材料适用45钢;
收缩率按1.5%~1.7%设计;
10°斜度定位没有飞边，制品精度得到保证，成品率高;
磨具由上模、里模、外模组成。
5、填料腔尺寸
填料腔根据球阀压力和口径大小决定调料数量，宽度由轴的大小决定。
压力0.6~2.5MPa、DN250mm以下防止一个X形密封圈;2.5~10MPa、DN300以上的放置两个X密封圈。
填料腔尺寸深度由调料垫、压力传递环、X形密封圈高度决定的。
6、压力传递环
压力传递环是在高压和大口径时设置的，它被安装在两组X形密封圈之间，其主要作用是传递上面压力，改变X形密封圈受力状态，使X形密封圈受力并径向变形，达到密封性能。
7、X形密封圈的有限元分析
X形密封圈是一种唇形密封圈，是与压环(填料压盖)和支承环(填料垫)组合使用，它能够有效阻止介质泄露。
8、X形密封圈受力分析
X形密封圈受力是通过压环(填料压盖)压力传递给X形密封圈的，密封圈底部有支承环(填料垫)三点加力的方式进行的，轴与阀门孔的密封面受力均匀，可以得到较理想的密封效果。
三、关于球阀密封的总结
通过改进，阀门结构更合理，密封更可靠，节省原材料，降低了成本，又提高了使用寿命，改型快，投资少，满足了用户的需要。