煤化工硬密封固定球閥閥座設計分析
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kwngy 發(fā)布時間：2023-02-08 11:45:18
煤化工行業(yè)經過多年發(fā)展，產能產值已達到一定規(guī)模，傳統煤化工不再擴大規(guī)模，新型煤化工的產業(yè)格局已基本成型。目前，由于國際原油價格持續(xù)走低、國內節(jié)能減排環(huán)保意識增加、經濟增速放緩，我國煤化工行業(yè)正處于供大于求、產能過剩的低迷期。在這種大背景下，對煤化工裝置可靠運行提出了更高的要求，需要在原有規(guī)模的基礎上有更多的技術升級和新技術、新產品的發(fā)明創(chuàng)新來提升煤炭的高質高效利用，提高整體煤化工產業(yè)的經濟效益和產品競爭力，避免沒有技術含量的重復建設。
相對于普通球閥組合式閥座結構，本閥座結構設計結合煤化工特殊工況，對其進行針對性優(yōu)化設計。采用整體式閥座，將石墨環(huán)、壓環(huán)、碟形彈簧、凸壓環(huán)、防塵石墨圈、凹壓環(huán)藏于閥座內部，其優(yōu)點在于：保證了閥座原有功能的同時，減少了介質通過靜密封面時的泄漏，避免顆粒介質對其他零件的沖蝕，簡化了彈簧腔的防塵結構，同時整體密封結構也更加穩(wěn)定。
閥座通道采用流線型設計，使流體阻力更小，消除結構死角，減少介質淤積結垢，特別適合混雜著硬質顆粒的兩相流體介質。
閥座預緊力使用碟形彈簧提供，無論溫度和壓力如何變化，它始終給閥座一個推力，既能保證閥門在低壓工況下的密封性能，又能修補密封面的磨損，保證閥座的泄漏等級達到要求，彈簧腔碟簧數量可根據閥門工況靈活設計：①可單獨使用；②可采用對合形式疊加，彈簧預緊力不變，但能提供更大的彈簧變形量，去彌補加工誤差和長時間高溫高壓使用后造成的密封面磨損，保證球體和密封面始終高度吻合；③采用疊合形式疊加，彈簧變形量不變，能提供更大的彈簧預緊力，彌補彈簧長時間使用后預緊力不足的缺點，在閥座上設置有材料為柔性石墨的成型石墨環(huán)。石墨環(huán)結構屬于靜密封，與閥體接觸面積大，在高壓環(huán)境中摩擦、磨損問題比較突出。通過對石墨環(huán)進行分析，對其受閥座和碟簧壓緊的情況進行力學分析，運用彈性力學方面的有關理論，建立石墨環(huán)受力分布和變形分布的計算模型，得出接觸面圓錐形的軸向壓力和徑向壓力分布比較合理、其均勻性隨著圓錐角度的增加而增加的結論。
所以在石墨環(huán)上設計有兩個不同角度的圓錐面角度Ⅰ和角度Ⅱ，這樣設計可滿足石墨環(huán)軸向和徑向壓力分布的遞增，越靠近密封點處比壓越大，而與之配合的閥座處角度存在1°～2°的差值，也增強了石墨環(huán)徑向密封自動補償功能，圓錐形結構也使石墨環(huán)所需的最大壓緊力變小，減輕了石墨環(huán)的磨損，延長了工作壽命，同時因為圓錐形結構特點，更容易安裝和更換。
為了防止固體顆粒進入閥座背密封區(qū)域影響閥門的密封性能，除了閥座采用刮刀結構設計，在開啟或者關閉過程中對球體密封面進行刮擦作用外，還采用了防顆粒閥座設計，閥座后面采用凹、凸壓環(huán)結構雙層防塵石墨圈密封，在彈簧預緊力下防止顆粒介質進入彈簧腔后結垢堵塞，造成彈簧失效。防塵石墨圈與凹壓環(huán)接合處設計成帶一定角度的錐面，可實現自密封功能，在增加了密封接觸面積的同時，也受碟簧推力形成斜向擠壓力，壓力越大，自密封作用越好。
圓錐形結構也使石墨環(huán)所需的最大壓緊力變小，減輕了石墨環(huán)的磨損，延長了工作壽命，同時因為圓錐形結構特點，更容易安裝和更換。
為了防止固體顆粒進入閥座背密封區(qū)域影響閥門的密封性能，除了閥座采用刮刀結構設計，在開啟或者關閉過程中對球體密封面進行刮擦作用外，還采用了防顆粒閥座設計，閥座后面采用凹、凸壓環(huán)結構雙層防塵石墨圈密封，在彈簧預緊力下防止顆粒介質進入彈簧腔后結垢堵塞，造成彈簧失效。防塵石墨圈與凹壓環(huán)接合處設計成帶一定角度的錐面，可實現自密封功能，在增加了密封接觸面積的同時，也受碟簧推力形成斜向擠壓力，壓力越大，自密封作用越好。
在閥座上設置有材料為柔性石墨的成型石墨環(huán)。石墨環(huán)結構屬于靜密封，與閥體接觸面積大，在高壓環(huán)境中摩擦、磨損問題比較突出。通過對石墨環(huán)進行分析，對其受閥座和碟簧壓緊的情況進行力學分析，運用彈性力學方面的有關理論，建立石墨環(huán)受力分布和變形分布的計算模型，得出接觸面圓錐形的軸向壓力和徑向壓力分布比較合理、其均勻性隨著圓錐角度的增加而增加的結論。
所以在石墨環(huán)上設計有兩個不同角度的圓錐面角度Ⅰ和角度Ⅱ，這樣設計可滿足石墨環(huán)軸向和徑向壓力分布的遞增，越靠近密封點處比壓越大，而與之配合的閥座處角度存在1°～2°的差值，也增強了石墨環(huán)徑向密封自動補償功能，圓錐形結構也使石墨環(huán)所需的最大壓緊力變小，減輕了石墨環(huán)的磨損，延長了工作壽命，同時因為圓錐形結構特點，更容易安裝和更換。
為了防止固體顆粒進入閥座背密封區(qū)域影響閥門的密封性能，除了閥座采用刮刀結構設計，在開啟或者關閉過程中對球體密封面進行刮擦作用外，還采用了防顆粒閥座設計，閥座后面采用凹、凸壓環(huán)結構雙層防塵石墨圈密封，在彈簧預緊力下防止顆粒介質進入彈簧腔后結垢堵塞，造成彈簧失效。防塵石墨圈與凹壓環(huán)接合處設計成帶一定角度的錐面，可實現自密封功能，在增加了密封接觸面積的同時，也受碟簧推力形成斜向擠壓力，壓力越大，自密封作用越好。
圓錐形結構也使石墨環(huán)所需的最大壓緊力變小，減輕了石墨環(huán)的磨損，延長了
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