金属硬密封球阀的正确性与应用.pdf

闫 门 1 9 9 7年第 4 期 金属硬密封球阀的开发与应用 上海海工一门一连有■公司 王加薪 - - - -_ ● 一 下 H 『 j ； L 摘要介绍专利产品 金属硬密封球网” 的研究、 开发和应用a谊阀集球阀、 阐阀和截止网为一 体， 为三辩组合球式金属硬密封球棚。论述丁其特点震使用范围a 瓿拥； 球两全一密封 L研究和开发金■硬密封球棚的目的 约占阀门总量 8 O 以上的用为控制管道 介质通断的闸阀、 截止阀、 球 阀、 蠊阀、 旋塞 阀、 隔膜阀和柱塞阀等 7 种阀门中， 球阁具有流体 阻力小 流向不受限制、 启闭迅速和高度低等综 合性能较好的优点． 但是， 由于现有球阀的阀座 一 般都采用橡胶、 尼龙和聚四氟乙烯等高分子 合成材料制造， 使用温度低于 2 0 0 “C， 这就限制 了球阀的使用范围， 球阀的用量约占阀门总量 的 3 。 而在很多中、 高温介质的管道上多采用 闸阀和截止阀。 虽然闸阀也有结构长度短、 流体 阻力小， 流向不受限制和启闭省力， 及截止阀有 密封性能好的优点。但是， 闸阀有高度高、 启闭 时间长、 闸板容易受介质冲蚀、 阀腔中的死角处 易结渣和易产生永锤现象， 及截止阀有流体阻 力大、 操作扭矩大、 结构长度长和流向受限制等 缺点。采用金属硬密封结构来提高球阀的综合 性能使用温度和使用寿命， 是化工、 石油、 电力， 冶金、 城市集中供热和长输管线等系统的 需要， 是阀门制造业研究的重要课题。 金属硬密 封球阀是“ 八五” 期间国家级阀门新产品开发项 目之一， 编号为 9 0 Z 3 0 5 0 0 1 。 2 ． 具有代表性的几种金属硬密封球髑蠡 言 构 采用金属硬密封结构是球阀实现高参数的 有效方法。 在硬密封球阀结构中， 金属球体与金 属阀座必须贴合得很紧， 产生一定的密封比压 才能实现密封。而金属球体与金属阀座必须在 无摩擦或少摩擦的条件下旋转球体， 球阀的操 作扭矩才能减小， 使用寿命才能延长。因此， 金 属密封副之同压紧才能密封， 松开后出现间隙 阎旬 才能开启} 压紧后不能开启， 开启时不能压紧。 这给金属硬密封球阀的设计和制造带来很大的 困难。 为了解决这个问题 ， 国内外先后出现了金 属弹性阀座密封结构， 金属浮动阀座密封结构， 凸轮摆动球体单向密封结构， 组合球撑开式密 封结构等球阀。 由于旋转球体时， 弹性阀座和浮 动阀座与球体之间并束形成间隙， 所以摩擦还 很大。 加之弹性材料在高温时失效， 浮动阀座与 阀体之间的动配合难密封， 弹性槽易结渣， 易卡 死浮动阀座 这 2 种结构球阀还存在密封面泄 蒲率大， 操作扭矩大， 寿命低和参数不高等缺 陷。 凸轮摆动球体结构为单向密封， 流向受到限 制， 加之密封与制造都很困难， 所以推广的速度 不快。组台球式密封结构球阀是近十几年来研 究、 开发的蕾 i 结构， 它不但具有普通球阀流体阻 力小、 流向不受 限制、 启闭迅速和高度低等优 点， 而且还具有 闸阀启 闭省力 和截 止阀密封可 靠的优点。 3 ． 组合球式金属硬密封璩阀结构的工作原 理 组合球式金属硬密封球阀从 1 9 8 3年开始 研究， 先后有 3 种形式， 获 3 项专利。开始的组 合球是按球体上流通孔方向切开， 形成两个半 球。在流通孔中间带有球形槽， 槽中装有 O形 弹性圈。O形圈两边与两半球相连， 上、 下与阀 杆和固定轴连接。当阙杆下行， 压迫O形圈从 圆形变成椭圆形， O形圈撑开两球瓣贴紧阀座， 形成密封， 球阀关闭。当阀杆上行， 带动O形圈 从椭圆形恢复为圆形， 收拢两球瓣离开阀座， 密 封面形帝奄隙， 再旋转组合球， 球阀开启。 后来， 一 一 一 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 1 9 9 7年第 4期 阔 门 为了解决 0形圈弹性钢圈刚性差和高温失效 问题， 将 0形弹性锕圈改为四杆机构。诙机构 用 4根弧形杆相连． 组成剐性圆环。 两边也与两 半球相连 ， 上、 下还是与阀杆和 固定轴连接， 其 工作原理和 O形弹性圈相同。该结构虽然刚性 较好， 也适应高温要求， 但组台球体积庞大使润 体体积增大 。到 1 9 8 9年初， 又将两半球改为现 在的三瓣式组台球结构。该组台球中间为楔球 体， 两边为球瓣 。 楔豫体上留有符合通径要求韵 流通孔 ， 孔两边具有上宽下窄的斜面， 两边球瓣 与楔球体以斜面上带出的燕尾槽作配合。 田金属硬密封球阀结构 1 ． 限位寰2 ． 手轮3 ． 皇躯4 ． 指示锖 5 ． 珂扦6 ． 壤料 ． 冈体8 ． 球辟9 ， 攥球体 1 0球瓣泄压孔l 1 ． 楔球体泄压孔l 2 ． 底盖 当顺时针旋转手轮及同步的闷杆螺母带动 和相连的楔球体下行， 在楔球体上宽下窄的斜 面作用下， 迫使两球瓣 向两边 阅座贴紧， 形成较 大的密封比压 ， 球阎关闭。 当逆时针旋手轮及同 步的阀杆螺母 ， 带动阎杆和相连的楔球体上行 ， 在上宽下窄的斜面及燕尾槽的作 用下， 两球瓣 披楔球体收拢 ， 离开两边阀座， 使密封面形成问 隙． 进出口压力基本平衡， 三瓣式组合球开始旋 转 9 0 。 ， 楔球体 上流通孔 与阀上流通孔 完全相 通， 球 阀开启。 为了减小操作扭炬 ， 在高压力、 高压差的大 口径球阀的组合球上还带有 自动泄压孔， 起加 快平衡进 出口两端压差的作用。泄压孔横穿撰 球体和球瓣 中心， 与楔球体上流通孔成 9 O 。 相 交 。在楔球体两边斜面与球瓣 配合处即楔球体 和球瓣上泄压孔相交处 ， 设有相似于楔式闸阀 的密封副。 当楔球体下行 ， 撑开两边球瓣贴紧两 边阀座， 球阀阀座密封关闭的同时， 楔球体与球 瓣 上的泄压孔也从相通位置错开， 斜面上两边 相似于楔式闸阀的密封副也形成密封 ， 球 阀的 阀座密封副和泄压孔密封副同时密封关闭。当 楔球体上行 ， 收拢两边球瓣 离开j 圉座， 形 成间 隙 ， 平衡压差的同时， 楔球搏与球瓣上的泄压孔 也已相通， 压差平衡速度加快， 这时再旋转组台 球， 球阀开启 ， 操作扭矩极小。 金属硬密封球 阀的启闭方式与闸阁和截止 阀相似． 连续顺时针旋转手轮， 球阀关f i j 。连续 逆时针旋转手轮， 球阀开启 阀杆最上端还有明 显示意球阀启闭到位的标记。 4 ． 三瓣式组合球式硬密封球 阀的特点 1 采用金属硬密封结 构， 提高 了球阀的 使用温度 ， 扩大了球阀的使用范围。 同时还提高 了球阀综合技术参数 ， 使之适应于高参数化的 趋势。 2 采用球面 与锥面接触 ， 相似于截止阀 的密封形式 ， 密封可靠。 用气和水作密封检查泄 漏率为零。这是金属硬密封副的阀门和大 口径 阀门都较难达到的技术参数。 3 采用相似于闸阀楔式闸板的撰球体斜 面省力机构， 使球瓣被撑开贴紧阀座关闭时形 成可靠的密封 收拢球瓣使之与阀座形成间隙 后再旋转组合球 ， 球阎开启， 这样， 该阀操作省 力 ， 可实现无摩攘或少瘁擦 。 密封面在正常磨损 后 撰球体可以再下行 ， 使球瓣不断得到用于保 证使用性能的撑开量。 4 采用泄压 L 来 平衡大 口径、 高压差球 阀进出口两端压差， 相当于在闷 内装了 2个“ 内 通闽 ． 而且“ 内通阀” 可随球阀的启闭过程 自动 启闭 ， 实现平衡压差的功能。解决了大 口径、 高 压差球阀必须安装旁通阀的问题 。 5 这种 球阀不但适用于气体或液体单 态 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 阀 门 1 9 9 7 年第 4 蜗 介质， 也适用于气液混合的 2 态介质和气液浆 混合介质 6 采用组合球结构， 可根据球瓣和楔球 体和各 自功能选择不同材料制造， 采用不同的 热处理和表面处理方法 可将球瓣和楔球体作 分体加工和分体装配， 这为阔门的设计制造和 减小阀腔安装孔直径带来很大的灵活性。 7 增加 了上密封装置， 为球阀 的维修带 来方便 8 完全适应于国内外现有球阀的结构长 度、 连接形式和连接尺寸相关标准。 9 该阀结构比较复杂， 零部件多， 增加了 制造难度和制造成本。 1 0 启闭速度虽然比闸阀和截止阀快， 但 比普通球 阀慢 5 ． 主要技术参数 公称 通径为 DN1 0～ DN5 0 0， 公称压力 MP a 为 PN1 ． 6 ～ PⅣ3 5 DN ≤1 2 5 、 P N1 ． 6～ PN1 0 DN ≤ 5 0 0 ． 适 用 温 度 为 一 4 0 ～6 7 5 ℃， 适用介质为水、 气、 蒸汽、 石油、 酸 和碱等， 密封性能为“ 0 ” 泄漏， 使用寿命为 6 0 0 0 次， 操作扭矩小于闸阀、 截止阀和普通球阀而大 于平板闸阀， 驱动方式为手动、 齿轮传动、 气动、 液动 、 气液联动和 电动。 6 ． 开发与应用 1 9 9 2 年 8月该阀申请专利， 1 9 9 5 年 1 月获 发明专利权 专利名称为高温高压球阀、 蝶阀， 专利号为Z L 9 2 1 0 9 4 3 0 ． 2 。 1 9 9 2 年～1 9 9 3 年该 阀样品两次在胜利油田试用， 效果良好， 特别是 密封性能． 在常温和高温工况泄漏率均为零 1 9 9 4 年 5 月通过省级鉴定， 列入省级新产品。 l 9 9 5年 产 品 DN1 5～ 2 0 0 ， P N1 ． 6～ l 0 MP a ． 工作温度为常温～4 5 0 ℃ 在胜利油 田 和南京扬子石化公司等单位使用， 性能可靠。 1 9 9 5年 5月产 品列 入上海市科技产业化 推广 项 目 l 9 9 6年 l O月产品获上海市优秀发 明选 拔赛一等奖。 1 9 9 6 年至今， 产品在齐鲁石化、 金 山石化、 上海宝钢等单位使用． 用户反映 良好 金属硬密封球阀不但保留了普通球阀的主 要优点 ， 还将 闸阀和截 止阀的主要优点集 于一 体， 既提高了球阀的使用温度， 又保证了密封性 能 该阀为大口径、 高压、 高温、 低温和低流阻全 径高参数球阀的设计， 提供了可靠的结构。 国家拟投巨额资金建设新疆石化基地 据新疆维吾尔自治区计划委员会提供的最新消息， 在 1 9 9 6年～2 0 0 0年间， 国家将投入 1 0 0 0 多亿元， 用于新疆油气资源勘探开发和石油化工基地建设。 新疆塔里术、 准噶尔、 吐哈三大盆地和另外 1 9个中小型盆地， 可供油气勘探的沉积岩面积达 9 2 万平方公里， 预测石油天然气地质谤量在 3 0 0亿吨以上， 约占中国陆上油气资源总量的三分之 一 截至 1 9 9 6年瓿疆已累计发现4 2 个油气田， 探明石油储量 2 0 多亿吨， 探明天然气储量 3 5 6 7 亿 立方米， 其中已经建成的 2 0 多个油田， 形成了 1 7 0 0 万吨原油年产能力。按照中国石油天然气总公 司的规划， 九五 期间， 国家将投入 7 6 0亿元的巨额资金， 以加快新疆油气资源的勘探开发， 使之成 为国家重要的石油天然气生产基地 据介绍， 今后新疆油气勘探的主攻方向， 一是摸清塔里木、 准噶尔和吐哈三大盆地的油气聚集 规律， 查明已经发现的7 5 个大型构造的含油气面积和储量规模。二是在焉耆、 伊犁、 紫窝堡和三塘 湖等中小型地开辟探区， 寻找新的油气富集构造， 争取获得重大突破， 五年新增石油探明储量 1 5 亿 吨 天然气探明储量 1 5 0 0亿立方米。 石油天然气开发的重点， 是继续采用国内外的先进技术， 降低 准噶尔盆地老油田的递减速度， 保证原油产量稳中有增 加速开发塔里术和吐哈盆地已经探明的油 气资源， 逐步提高油气生产能力， 形成两个新的主力油气田 规划到本世纪末， 新疆原油年产量达到 2 4 0 0 万吨。天然气年产量达到 4 0 亿立方米 通石 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载