鎖渣閥及V形金屬、三偏心金屬密封球閥簡介

鎖渣閥是以閥門在實(shí)際工況中應(yīng)用對象來命名的 一個(gè)開關(guān)型金屬硬密封球閥，也稱之為鎖斗閥。是煤化工氣化爐水煤漿加壓氣化裝置和干煤粉氣流床加壓氣化裝置上zui重要的一個(gè)閥門組。鎖渣閥用來控制氣化爐的排渣程序，承受高壓、高溫渣漿的磨損，沖蝕和腐蝕，且開關(guān)頻繁，要求密封。

以德士古工藝水煤漿加壓氣化裝置排渣系統(tǒng)為例，其流程如圖3-64所示。爐內(nèi)壓力2.7?8. 5MPa, 煤渣經(jīng)破渣機(jī)粉碎為直徑3?50mm固體顆粒，約占50%,其余為渣水，含氯離子及硫化氫、氧化鎂、氧化鐵、三氧化二鋁等腐蝕性介質(zhì)，溫度為270°C，開 關(guān)的頻率為30min—次，對于一個(gè)日投煤量750t的 裝置，每小時(shí)排放煤渣約10578?13700kg。

鎖斗的上面有兩個(gè)鎖渣閥，稱為上鎖渣閥A和B，與氣化爐激冷室相連，鎖斗下面有一個(gè)鎖渣閥， 稱為下鎖渣閥C。A鎖渣閥平時(shí)處于開啟狀態(tài)，在線備用。當(dāng)B鎖渣閥故障時(shí)投入使用，或者氣化爐激冷室液位過低引起氣化爐安全系統(tǒng)聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)，A鎖渣閥亦聯(lián)鎖關(guān)閉，防止氣化爐工藝氣竄入鎖斗。B鎖渣閥開啟時(shí)，渣漿收集至鎖斗，30min后自動(dòng)關(guān)閉。 下鎖渣閥C開啟，與大氣相通，渣漿排入渣池。然后關(guān)閉下鎖渣閥C，開啟上鎖渣閥B，完成一個(gè)循環(huán)。氣動(dòng)鎖渣閥要求的動(dòng)作時(shí)間為3?8s。鎖斗閥的 壓力等級一般為Class300，Class600,通徑NPS12? 16，溫度 140?270°C。

zui早將硬密封球閥用作鎖渣閥的是Neks公司Q系列的金屬硬密封球閥。是一個(gè)中間剖開的左、 右對稱的碳鋼閥體，中間是一個(gè)帶柄的球體，固定球結(jié)構(gòu)，采用一組用波紋管狀彈簧加載的浮動(dòng)金屬密封座，在球體通道內(nèi)和左右閥體通道內(nèi)各襯有耐磨材料 的金屬，以此減輕渣漿對閥體磨損，并可修理更換， 同時(shí)防止渣粒落人波紋管狀的彈簧內(nèi)，而破壞閥門的密封性能。由于閥桿與球體是一體化設(shè)計(jì)，不存在閥桿與球體分體連接中存在間隙的情況，而且這一間隙會(huì)對于大轉(zhuǎn)矩閥門因使用次數(shù)的增多而擴(kuò)大，造成開關(guān)位置的偏移。在實(shí)際使用中這種閥門的使用壽命大 約在2?2.5萬次。其結(jié)構(gòu)如圖3-65所示。

其他用作鎖渣閥的有德國Peirin公司的單閥座固定球球閥，閥桿與球體連接部位的斷面為方形，在閥門腔體與密封座之間采用外部高壓水沖洗，來改善其工作性能。由于球與閥桿不是一體化設(shè)計(jì)，可能造成開關(guān)位置的偏移，而產(chǎn)生不正常的沖刷和磨損，球體表面的涂層與閥座容易被沖蝕和脫落，這種結(jié)構(gòu)已很少被認(rèn)可。

美國Mogas公司的鎖渣閥則是一個(gè)浮動(dòng)球球閥， 是一個(gè)單向流動(dòng)的閥門，出口端閥座被鎖定在閥體 上，并具有刮削球體表面渣漿的效果，進(jìn)口端閥座則是有一個(gè)碟形彈簧加載，球體表面噴涂碳化鎢，硬度70HRC以上，閥座是司太立合金堆焊，閥體的通道 襯有耐磨的合金套管。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是密封性能可靠，而操作力矩較大。如圖3-66所示。

國內(nèi)在維修進(jìn)口 Neles鎖渣閥的基礎(chǔ)上，吸收中間剖分閥體結(jié)構(gòu)，帶柄球一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，采用由 InconelX-750彈簧鋼絲繞制的螺旋彈簧加載外部用橡膠套保護(hù)，防止渣漿進(jìn)入，閥座與閥體間的密封采用多組石墨填料，并在球體和進(jìn)出口閥體通道用耐磨金屬保護(hù)套，外部采用高壓水對閥腔和閥座進(jìn)行清掃。 閥座的密封采用寬帶設(shè)計(jì)，自刮削式結(jié)構(gòu)。球體采用不銹鋼表面噴涂碳化鎢，提高抗刷性、耐磨、耐蝕性能，已成功替代進(jìn)口鎖渣閥。

V形金屬密封球閥是一種90°回轉(zhuǎn)的緊湊結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)型球閥。球體是一個(gè)帶有V形流通截面的半球體，固定球結(jié)構(gòu)，單閥座，緊湊型整體式閥體，短的結(jié)構(gòu)長度， 對夾式RI型或法蘭式R21型連接。如圖3-67所示。

其結(jié)構(gòu)特征在于關(guān)閉件是一個(gè)V形缺口的半球， 可以從閥體的一側(cè)裝入閥腔，這樣閥體以設(shè)計(jì)成整體式。上下兩個(gè)固定軸從兩端插入，上軸的頭部采用花鍵結(jié)構(gòu)與球體相連接，傳遞操作力矩。密封座是316不銹鋼基體上堆焊鈷基合金硬化，密封座與閥體 間的密封是PTFE包覆的橡膠彈性體，并用一個(gè)ln-conel 625鋼絲制作的五角形鋼絲彈簧提供一個(gè)預(yù)緊力，閥座的銳利邊緣與扇形缺口的球面接觸，可防止污垢的黏附，并刮削球面上的纖維介質(zhì)，可滿足ISO5208標(biāo)準(zhǔn)D密封等級10倍的密封要求。相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn) ANSI/FCI70-2IV級zui大泄漏量的1/100。閥座亦可以設(shè)計(jì)成軟密封。產(chǎn)品主要是用作控制閥，其調(diào)節(jié)特性為等百分比特性，可配以小流量低Cv值的V形球體，配以衰減器可減少噪聲和氣蝕，適用于高濃度介質(zhì)設(shè)計(jì)，具有耐蝕的閥座。

閥門的壓力等級ANSI Classl50, Class 300，公稱尺寸DiV25?400 （縮徑）結(jié)構(gòu)長度符合ANSI B16.10短閥體結(jié)構(gòu)。溫度一40?250°C，固有特性等百分比，密封性能達(dá)到10倍的ISO 5208標(biāo)準(zhǔn)D的泄漏量，閥體材料WCB、CF8M和鈦合金?？晒┻x擇的結(jié)構(gòu)方案有多種形式（圖3-68）。

①低Cv值型安裝在DN25的閥體內(nèi)，有四個(gè)可供選擇的低Cv值的球體，其zui大Cv值分別為 0.5、1.5、5 及15。

②減噪型減少噪聲及氣蝕的衰減器置于球體的V形通道，用于DiV50?400的球閥。

③高濃度型可用于18%中等濃度的紙漿，出口的通道直徑大于進(jìn)口通道的通徑。其擴(kuò)徑分別為DN80/DN100、DN100/DN150、DN150/DN200 和DN200/DN250o

④耐蝕型及耐磨損型密封座用鎢鉻鉆合金襯套替代，介質(zhì)反向流動(dòng)以保證其耐用性，為非緊密封控制閥。

閥門的流量系數(shù)列于表3-7。閥門zui大允許的泄漏列于表3-8。

圖3-69表示R系列V形球閥的轉(zhuǎn)矩圖，橫坐標(biāo)表示閥門兩端的工作壓差，縱坐標(biāo)表開啟轉(zhuǎn)矩。標(biāo)準(zhǔn)型V形球閥的零件材料如表3-9所示。

三偏心金屬密封球閥的設(shè)計(jì)思想，已改變球閥的介質(zhì)密封原理，密封力由外部轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，施加在閥座上，與管線介質(zhì)壓力無關(guān)。是一種強(qiáng)制密封，可以在兩個(gè)啟動(dòng)方向上獲得“零”泄漏。這是截止閥的密封原理在球閥上的一種嘗試。而作為一種產(chǎn)品，金屬密封球閥又去替代傳統(tǒng)的金屬密封截止閥和閘閥。

典型的結(jié)構(gòu)如意大利Tomene Gas Technolog S. P. A所提供的產(chǎn)品，其商業(yè)名稱為Konosphere球閥。結(jié)構(gòu)如圖3-70所示。

這一結(jié)構(gòu)是把密封環(huán)置于球體上，錐形密封閥座置于副閥體上。密封環(huán)通過背環(huán)由保持環(huán)固定在球體上，密封環(huán)的中心微小地偏離球體的回轉(zhuǎn)中心，使密 封環(huán)上產(chǎn)生不同長度的回轉(zhuǎn)半徑，這樣密封環(huán)向密封座靠近時(shí)產(chǎn)生一個(gè)凸輪效應(yīng)。另外密封座被固定在副閥體上，其錐面的中心線相對通道中心線偏離一個(gè)微小的角度，使密封環(huán)與密封座相接觸的瞬間沒有刮擦，沒有摩擦。精心設(shè)計(jì)的密封環(huán)和密封座，使錐形 密封帶上的接觸應(yīng)力保持均勻一致，從而獲得了一個(gè)可靠的“零”泄漏。

 置于球體上的密封環(huán)并非是一個(gè)剛性的固定，而是在通道方向上具有微小彈性位移，這個(gè)位移是密封環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與環(huán)的材料提供的，增加了密封的可靠性。這一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)關(guān)閉過程，可以這樣設(shè)想：外部施加的轉(zhuǎn)矩，通過機(jī)構(gòu)給球體上密封環(huán)在整個(gè)圓周方向上提供一個(gè)均勻的力，使密封環(huán)和密封座緊密貼合，轉(zhuǎn)矩繼續(xù)增加，密封環(huán)的金屬在擠壓力作用下， 產(chǎn)生了彈性變形，形成了一個(gè)可靠的密封系統(tǒng)。閥門開啟的瞬間，在凸輪旋轉(zhuǎn)的作用下，整個(gè)密封環(huán)脫開密封座，可以預(yù)計(jì)：

①關(guān)閉狀態(tài)下，密封是可靠的；

②關(guān)閉瞬間或者開啟瞬間，密封面之間沒有摩擦和刮擦；

③開啟或關(guān)閉過程的轉(zhuǎn)矩為空載轉(zhuǎn)矩。顯然，這樣設(shè)計(jì)在密封面之間是沒有刮削效果的， 產(chǎn)品適用于潔凈的流體，高溫的場合。

圖3-71所示球閥設(shè)計(jì)的材料：閥體A105，球體 A105+ENP，軸 A564T630，密封環(huán) F3’16+石墨，密封座F316+WC，在制造工藝上的優(yōu)點(diǎn)是三偏心的結(jié)構(gòu)是在零件球體加工和密封座錐面加工中完成的。閥體的加工和普通閥門一樣，簡化了制造工藝。

來源：上海自動(dòng)化儀表銷售網(wǎng)（www.40017.net）

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