高温固定球双向耐磨球阀设计

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Brief Discussion on the Design of IIigh Temperature Bi-directional Wearable Trunnion Type Bal ValveLU0 Li-mei(Guangdong Mingzhu Fluid Machinery Co.，Ltd，Xingning Guangdong 514500，China)Abstract：In this paper，the design，material selection and feature are discussed for the high temperature bi-directional weara-ble trunnion type ball valve，and the design and calculation theory of the main part are analyzed，the product performance hasreached the advanced level in our country，which has important significance in the development and application of mechanicalindustry。

Key words：hi曲 temperature bi-directional wearable trunnion type ball valve；work principle；design technology；calculationand recalculation1 概 述目前，国内使用的耐磨球阀，-般采用通常的单向密封，阀座达不到整体密封效应。传统松动”阀座四周的间隙导致介质积聚和磨损，在使用过程中，因粉尘等颗粒状物质在球体或阀座上粘连，启闭时易引起阀座或球体磨损、阀座与球体抱死”，从而导致密封失效。密封材料不耐高温或密封面损坏又导致阀门泄漏和卡死，这样大大减少了阀门的使用寿命，并难以适应阀门行业的需要。高温固定球双向耐磨球阀应用新技术、新结构、新工艺和新标准，采用耐高温、耐腐蚀的高碳低硫密封垫作为双向密封奠基，提供了稳定的密封比压。独特的阀座组合设计，具有良好的密封效果和自研磨性能及刮削功能 。

2 工作原理高温双向耐磨固定球球阀的主要构件(见图 1)，右阀体、左阀体、球体、阀杆、组合阀座 、组合填料、手动装置组件。阀门在作开关动作时，图 1中手动装置7的手柄只需顺时针方向旋转 90。，球阀作关闭动作；逆时针方向旋转，球体作开启动作。当手柄轴线方向与球阀的轴线方向平行时，球阀处于全开状态；当手柄轴线方向与球阀的轴线方向垂直时，球阀处于关闭状态。

3 设计技术方案(1)高温固定球双向耐磨球阀为固定球两片式直通球阀，设计中主要零件部件材料为：阀体材质采用 WCB、CF8、CF8M，阀杆材质为 17-4PH、304、316，球体材质 F304WC、F316WC。阀门的设计泄漏量符合 GB/T13927的D级规定 。

图 1 高温固定球双向耐磨球阀构造图1.右阀体 2.左阀体 3.球体 4.阀杆 5.组合阀座6.组合填料 7.手动装置组件(2)球阀在使用过程中做开启、关闭动作时，由于受介质的冲刷、腐蚀和积聚，造成密封面不同程度的磨损，导致阀门泄漏严重，这时采用组合阀座结构的形式，如图 2，密封垫全部采用倒三角形的独特设计，金属密封阀座与支承圈选用高分子材料的三角形密封圈-，从而根本地杜绝了介质窜人阀座底部凝聚，致使阀座密封副与阀体之间径向泄漏的可能性。

收稿 日期：2013-03-11作者简介：罗利梅(1965-)，女，广东兴宁人，工程师，主要从事阀门设计研发工作。

· 162·· 机械研究与应用 ·2013年第2期(第26卷，总第124期) 经验交流推力圈与底座之间同样采用高分子材料的三角形密封圈二和密封圈三相互支撑，完全解决了颗灵质窜入弹簧孔导致柱形弹簧无法伸缩的缺陷及高温或颗灵质状态下球体与阀座抱死”的难题，保证弹簧在阀座密封副中正常发挥作用，使密封比压始终维持在合理的范围，实现了高温工况状态下阀门长期运行的高性能可靠性 。

填料组合图2 阀座组合 图3 填料组合图4 球-座密封副(3)填料组合采用分离正、反三角形结构设计，如图3。密封套和隔环把两组填料分隔，填料-为正三角形，而填料二为反三角形。经过反复实践，当介质压力推动球阀作用于阀杆时，阀杆作开、启运动时，三角填料-、二有效地转移、清除了石墨粉末依附在阀杆表面使其腐蚀的现象，这样，阀杆、填料使用寿命提高了2-3倍，填料函渗漏率为零 ]。

4 工艺要求(1)确保球体与阀座形成良性密封，主要部件直接由阀门卧式加工中心 CWK800加工而成。阀体上安装组合阀座处径向公差选用 D10级，光结度要求1.6与之配合。

(2)球体-阀座密封副(如图4)，采用超音速喷涂碳化钨(HRC≥70)工艺和本公司专利研磨工艺，结合刮削式宽弧面密封带结构，球体且必须与阀座配对研磨，使其形成不问断的密封带，从而实现零泄漏、抗粘垢、耐冲蚀的目的，延长了阀门的使用寿命。

5 计算与验证为了保证阀门的密封性能、操作性能以及使用寿命长，对壳体壁厚、密封比压和阀杆等进行计算和验证。

5.1 壁 厚计算厚度Js ：1.32P·D/2[6L 1.2Pc式中：P为设计给定的压力，MPa；D为阀体内腔的最大直径(设计给定)，mm；C为腐蚀余量(按推荐值选取)；[6 ]为许用拉应力(查表可得)，mm。

34或 GB/T1224)与计算壁厚 相对比，满足s >Js产品符合设计要求。

5.2 密封力综合计算(1)高温固定球双向耐磨球阀是阀前和阀后密封的固定球球阀，其密封面总作用力的计算：QQ。Q -Q式中：Q。为流体压力在阀座密封面上引起的作用力，N；Q 为预紧力，N；Q：为阀座滑动的摩擦力 ，N。

流体压力在阀座密封面上引起的作用力：Q0QMJ-QJ式中：Q 为流体静压力在阀座密封的力 (计算可得)，N；Q 为介质压力在间隙中的作用力 (计算可得)，N。

预紧力 Q 0.785( -D )·q i式中：D：为密封面外径(设计给定)mm；D。为密封面内径(设计给定)mm；g 为预紧必需的最小比压(按经验数据选取)；阀座滑动的摩擦力 Q ：当阀座滑动的摩擦力小于o.05 Q 时，在保证足够实用精度的情况下，为简化计算，Q：亦可以不考虑。

(2)密封比压密封面计算比压q4Q/'r(D；-D；)式中：Q为密封面总作用力(上式中得出)，N；D 为密封面外径(设计给定)，mm；D，为密封面内径(设计给定)，mm。

密封面必需比压 g ：qbm(ac·P)//t/lO式中：m为与流体性质有关的系数(按推荐值选取)；为与密封面材料有关的系数(查表)；C为与密封面材料有关的系数；t为密封面宽度(计算可得)，mm。

密封面许用 比压 ：[q](查表)，MPa。根据密封比压原理可知，如果要实现密封必须满足：①Q

5.3 固定球球阀的阀杆总转矩及强度验算总转矩 式中： 为球体与阀座密封圈间的摩擦转矩(计算可得)，N·mm；M.为阀杆与填料问的摩擦总转矩计算可得)，N·mm；M 为轴承的摩擦转矩计算可得)，Nm m 。

阀杆断面扭转应力 M/W式中： 为总转矩，N·in；W为断面处的抗扭断面系数，mm 。

(下转第 166页)· 163 ·经验交流 2013年第2期(第26卷，总第124期)·机械研究与应用 ·频谱图，如图6-8所示。

表2 二套分子筛装置真空泵监测数据图6 真空泵 自由端垂直 图 7 真空泵 自由端方向频谱图 水平方向19.98m/s2鸭图 8 真空泵 自由端的轴向方向图6频谱图反映在低频处频带，峰值都很高，达到22.19 mm/s，说明真空泵 自由端轴承振动严重。

图7、8频谱图可看出两图形基本相同，都有明显轴承倍频，边带现象。说明真空泵 自由端存在轴承故障。

同时，凭借经验结合表 2振动 OA值，观察数据分析，初步认为轴承磨损，转子存在不平衡现象。及时向车问施工反映该设备状况，建议检修处理故障。

在 2011年 3月 10日打开设备拆检配件，发现轴承跑外套，轴承盒磨损0.55 mm，轴磨损0.90 mm，形成沟槽，如图9所示。

图 9 真空泵 自由端的轴头处理过程：对真空泵转子自由端的轴头进行了堆焊加工处理，并更换 32230二套轴承和6230-套轴承。检修后试车，设备运行正常。

6 结 论2BE1-403-0E型水环式真空泵在长期使用中，经常发生的这种类型的故障，经过不断的分析，对故障进行针对性处理后，可继续延长设备的运行周期，大大降低了检维修成本费用。