硬密封高壓球閥在使用工況上比軟密封球閥要嚴(yán)苛很多
發(fā)布時間：2015/4/24 點擊量：
硬密封高壓球閥在使用工況上比軟密封球閥要嚴(yán)苛很多
硬密封高壓球閥在使用工況上比軟密封球閥要嚴(yán)苛很多，高溫、強腐蝕以及粉塵、顆粒、泥漿等介質(zhì)對硬密封高壓球閥的持續(xù)使用造成了相當(dāng)大的障礙。在硬密封高壓球閥的使用過程中，常常應(yīng)為工況或者人為的原因?qū)е麻y門出現(xiàn)故障而被迫維修。了解硬密封高壓球閥故障產(chǎn)生的原因，并找到預(yù)防故障的方法，對于硬密封高壓球閥行業(yè)工作者和產(chǎn)品使用者來說，都是必要且有效的。
硬密封高壓球閥在石油、化工、冶金和城市集中供熱等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。如金屬彈性閥座密封結(jié)構(gòu),由于彈性閥座與球體之間并未形成間隙,所以其摩擦力很大。金屬浮動閥座密封結(jié)構(gòu)其浮動閥座與閥體之間不易密封。組球閥結(jié)構(gòu)合球撐開式密封結(jié)構(gòu),由于零部件多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,增加了加工難度與制造成本,尤其是小口徑的硬密封高壓球閥,這種結(jié)構(gòu)顯然是不適用的。
硬密封高壓球閥的球體是浮動的，在介質(zhì)壓力作用下，硬密封高壓球閥球體能產(chǎn)生一定的位移并緊壓在出口端的密封面上，保證出口端密封。高壓硬密封高壓球閥的結(jié)構(gòu)簡單，密封性好，但球體承受工作介質(zhì)的載荷全部傳給了出口密封圈，因此要考慮密封圈材料能否經(jīng)受得住球體介質(zhì)的工作載荷。這種結(jié)構(gòu)，硬密封高壓球閥廣泛用于中低壓球閥。二、彈性球高壓硬密封高壓球閥: 球閥的球體是彈性的。球體和閥座密封圈都采用金屬材料制造，密封比壓很大，依靠介質(zhì)本身的壓力已達(dá)不到密封的要求，必須施加外力。這種閥門適用于高溫高壓介質(zhì)。彈性球體是在球體內(nèi)壁的下端開一條彈性槽，而獲得彈性。當(dāng)關(guān)閉通道時，用閥桿的楔形頭使球體漲開與閥座壓緊達(dá)到密封。在轉(zhuǎn)動球體之前先松開楔形頭，球體隨之恢復(fù)原原形，使球體與閥座之間出現(xiàn)很小的間隙，可以減少密封面的摩擦和操作扭矩
并從客戶使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，拓展硬密封高壓球閥產(chǎn)品設(shè)計及附屬配備應(yīng)注意的問題，并提出改善的方向。
從產(chǎn)品的使用角度來分類，硬密封高壓球閥故障大致可以分為以下兩類：非技術(shù)類故障以及技術(shù)類故障。
1 非技術(shù)類故障
此類故障是與技術(shù)無關(guān)的，即并非硬密封高壓球閥閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題或者內(nèi)部零件運行發(fā)生故障。因此，其故障原因一般是由外界條件導(dǎo)致。
1.1硬密封高壓球閥 閥門選型的錯誤
有的客戶在選擇閥門型號的時候，由于對產(chǎn)品使用工況缺乏了解，或者處于成本的考慮，選擇的閥門不能滿足工況下工作溫度、工作壓力、介質(zhì)腐蝕性、沖蝕性的要求，導(dǎo)致閥門一旦投入使用，就迅速出現(xiàn)故障。
因此，在選型過程中，客戶方或者設(shè)計院一定要把產(chǎn)品的使用可靠性放在第一位，因此成本原因選擇過于低端的產(chǎn)品，產(chǎn)生故障造成損害，反而得不償失。這一點在工況嚴(yán)苛的硬密封高壓球閥選型中，尤為重要。
1.1.1 硬密封高壓球閥球座密封面噴涂硬質(zhì)合金面選材錯誤
硬密封高壓球閥的性能關(guān)鍵在于鋼球、閥座的表面硬化處理。為了保證金屬對金屬的密封，硬密封球座之間密封比壓力遠(yuǎn)大于普通球閥，這使金屬材料間容易出現(xiàn)咬合或者拉傷，這兩種情況都會直接導(dǎo)致球閥無法正常使用。目前應(yīng)用最廣泛，效果最好的球座表面硬化方法是噴涂硬質(zhì)合金技術(shù)（主要是鎳基合金和鉻基合金），硬密封高壓球閥的鋼球和閥座噴涂層很大程度上決定了球座密封面的使用性能和壽命，因此在實際復(fù)雜的工況中，要根據(jù)實際情況選擇硬質(zhì)合金層。
硬質(zhì)合金層的選擇大致有兩個方向：一是追求其硬度，高硬度合金層耐磨損，耐沖蝕性能較強，常用于存在細(xì)小，堅硬的固體顆粒介質(zhì)工況（如煤化工、多晶硅行業(yè)）；二是追求其耐腐蝕性能，有些強腐蝕性介質(zhì)下，耐腐蝕合金層可以有效保護球座內(nèi)部基材，從而延長壽命，常用于強腐蝕性介質(zhì)工況（如石化、造紙行業(yè)）。硬密封高壓球閥材料選型中，其球座密封面噴涂硬質(zhì)合金層的材料是重中之重，一定不能選擇與工況、使用介質(zhì)條件不匹配的硬質(zhì)合金。
1.1.2 硬密封高壓球閥閥門一些內(nèi)件選材與工況溫度不符
硬密封高壓球閥中，有一些內(nèi)件的選材是與其使用工況溫度或介質(zhì)溫度密切相關(guān)的，比如填料、密封墊圈、閥桿護套等等．選擇硬密封高壓球閥一般有兩種原因，一是工況溫度較高，軟密封閥座無法承受，二是介質(zhì)磨蝕能力、沖蝕能力較強，軟密封閥座不夠堅硬．可見硬密封高壓球閥不等于高溫球閥，在某些工況中，它的使用溫度并不一定很高。
當(dāng)介質(zhì)溫度低于200℃時，填料、密封墊圈（包括體蓋密封墊圈、下閥桿密封墊圈、中法蘭密封墊圈等），閥桿護套等都可以選擇用合成塑料。這種配置與軟密封球閥中相關(guān)配件的配置類似。
當(dāng)介質(zhì)溫度高于200℃時，填料需要選用石墨（石墨耐溫性能強，高溫下性能基本無變化），密封墊圈一般選用金屬絲包裹在石墨圈外圍（用石墨密封，金屬絲定型），閥桿護套也要換成金屬材料。
所以，在硬密封高壓球閥的選型過程中，工況溫度或介質(zhì)溫度是一定要作為必要因素之一來決定選型方向的。錯誤的內(nèi)件選擇，輕則造成成本浪費，重則導(dǎo)致閥門失效，無法使用。
1.2 硬密封高壓球閥附屬件的選型故障
閥門的附屬件包括驅(qū)動裝置、驅(qū)動裝置配套裝置以及連接驅(qū)動裝置的支架、聯(lián)接軸等配件。硬密封高壓球閥的驅(qū)動裝置按照其動力來源可分為：杠桿手柄、鋼管手柄、渦輪執(zhí)行器、手輪離合減速器（用來切換手動操作或自動操作）、自動執(zhí)行器（包括氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器、電液動執(zhí)行器等）。
對于杠桿手柄、鋼管手柄，齒輪機構(gòu)等依靠手動操作的驅(qū)動裝置，根據(jù)產(chǎn)品的工作扭力值計算力矩，然后選擇合適的長度或則規(guī)格即可，當(dāng)然材料的抗扭抗拉強度也是需要考慮的。
對于自動執(zhí)行器的選型相對復(fù)雜一些。拿氣動執(zhí)行器舉例，氣動執(zhí)行器分為單作用型和雙作用型。雙作用型氣動執(zhí)行器開關(guān)都有彈簧力作用，扭力一致．單作用型的氣動執(zhí)行器開啟的時候要克服彈簧彈力作用，關(guān)閉的時候靠彈簧力關(guān)閉，這樣，其輸出扭矩是一個范圍扭力值，增加了選型的難度，一般安裝氣動執(zhí)行器，需要在閥門的工作扭力值基礎(chǔ)上，乘以一個安全系數(shù)，防止由于范圍性變化的執(zhí)行器輸出扭矩出現(xiàn)操作力不夠的情況發(fā)生。
硬密封高壓球閥一般在出廠的時候，未到實際工況，其實際工作扭力值是無法準(zhǔn)確測量的，常用的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)空載扭力值乘以一個介質(zhì)系數(shù)來估算其工作扭力值。對于硬密封高壓球閥，要根據(jù)工況的不同選擇這個介質(zhì)系數(shù)，如果是顆粒、粉塵、泥漿介質(zhì)，這個系數(shù)就要取得盡量大些，一般在1.5～2這個范圍內(nèi)選擇。
除了執(zhí)行器本身的選型需要注意以外，硬密封高壓球閥附屬配件也要根據(jù)實際情況選型，如相關(guān)電磁閥、減壓閥、閥位開關(guān)等等，如一個進(jìn)氣量很大的氣動執(zhí)行器，卻配備一個氣流量很小的電磁閥，這樣氣動執(zhí)行器進(jìn)氣會很慢，閥門關(guān)閉變慢，密封面受沖蝕的時間就越長，不利于閥門使用壽命。而且，自動裝置的閥門的顯著優(yōu)勢就在于啟閉時間快，很多客戶要求在N秒內(nèi)完成啟閉動作，這就對相關(guān)配件的合理配置提出了更高的要求。
硬密封高壓球閥在使用工況上比軟密封球閥要嚴(yán)苛很多，高溫、強腐蝕以及粉塵、顆粒、泥漿等介質(zhì)對硬密封高壓球閥的持續(xù)使用造成了相當(dāng)大的障礙。在硬密封高壓球閥的使用過程中，常常應(yīng)為工況或者人為的原因?qū)е麻y門出現(xiàn)故障而被迫維修。了解硬密封高壓球閥故障產(chǎn)生的原因，并找到預(yù)防故障的方法，對于硬密封高壓球閥行業(yè)工作者和產(chǎn)品使用者來說，都是必要且有效的。
硬密封高壓球閥在石油、化工、冶金和城市集中供熱等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。如金屬彈性閥座密封結(jié)構(gòu),由于彈性閥座與球體之間并未形成間隙,所以其摩擦力很大。金屬浮動閥座密封結(jié)構(gòu)其浮動閥座與閥體之間不易密封。組球閥結(jié)構(gòu)合球撐開式密封結(jié)構(gòu),由于零部件多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,增加了加工難度與制造成本,尤其是小口徑的硬密封高壓球閥,這種結(jié)構(gòu)顯然是不適用的。
硬密封高壓球閥的球體是浮動的，在介質(zhì)壓力作用下，硬密封高壓球閥球體能產(chǎn)生一定的位移并緊壓在出口端的密封面上，保證出口端密封。高壓硬密封高壓球閥的結(jié)構(gòu)簡單，密封性好，但球體承受工作介質(zhì)的載荷全部傳給了出口密封圈，因此要考慮密封圈材料能否經(jīng)受得住球體介質(zhì)的工作載荷。這種結(jié)構(gòu)，硬密封高壓球閥廣泛用于中低壓球閥。二、彈性球高壓硬密封高壓球閥: 球閥的球體是彈性的。球體和閥座密封圈都采用金屬材料制造，密封比壓很大，依靠介質(zhì)本身的壓力已達(dá)不到密封的要求，必須施加外力。這種閥門適用于高溫高壓介質(zhì)。彈性球體是在球體內(nèi)壁的下端開一條彈性槽，而獲得彈性。當(dāng)關(guān)閉通道時，用閥桿的楔形頭使球體漲開與閥座壓緊達(dá)到密封。在轉(zhuǎn)動球體之前先松開楔形頭，球體隨之恢復(fù)原原形，使球體與閥座之間出現(xiàn)很小的間隙，可以減少密封面的摩擦和操作扭矩
并從客戶使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，拓展硬密封高壓球閥產(chǎn)品設(shè)計及附屬配備應(yīng)注意的問題，并提出改善的方向。
從產(chǎn)品的使用角度來分類，硬密封高壓球閥故障大致可以分為以下兩類：非技術(shù)類故障以及技術(shù)類故障。
1 非技術(shù)類故障
此類故障是與技術(shù)無關(guān)的，即并非硬密封高壓球閥閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題或者內(nèi)部零件運行發(fā)生故障。因此，其故障原因一般是由外界條件導(dǎo)致。
1.1硬密封高壓球閥 閥門選型的錯誤
有的客戶在選擇閥門型號的時候，由于對產(chǎn)品使用工況缺乏了解，或者處于成本的考慮，選擇的閥門不能滿足工況下工作溫度、工作壓力、介質(zhì)腐蝕性、沖蝕性的要求，導(dǎo)致閥門一旦投入使用，就迅速出現(xiàn)故障。
因此，在選型過程中，客戶方或者設(shè)計院一定要把產(chǎn)品的使用可靠性放在第一位，因此成本原因選擇過于低端的產(chǎn)品，產(chǎn)生故障造成損害，反而得不償失。這一點在工況嚴(yán)苛的硬密封高壓球閥選型中，尤為重要。
1.1.1 硬密封高壓球閥球座密封面噴涂硬質(zhì)合金面選材錯誤
硬密封高壓球閥的性能關(guān)鍵在于鋼球、閥座的表面硬化處理。為了保證金屬對金屬的密封，硬密封球座之間密封比壓力遠(yuǎn)大于普通球閥，這使金屬材料間容易出現(xiàn)咬合或者拉傷，這兩種情況都會直接導(dǎo)致球閥無法正常使用。目前應(yīng)用最廣泛，效果最好的球座表面硬化方法是噴涂硬質(zhì)合金技術(shù)（主要是鎳基合金和鉻基合金），硬密封高壓球閥的鋼球和閥座噴涂層很大程度上決定了球座密封面的使用性能和壽命，因此在實際復(fù)雜的工況中，要根據(jù)實際情況選擇硬質(zhì)合金層。
硬質(zhì)合金層的選擇大致有兩個方向：一是追求其硬度，高硬度合金層耐磨損，耐沖蝕性能較強，常用于存在細(xì)小，堅硬的固體顆粒介質(zhì)工況（如煤化工、多晶硅行業(yè)）；二是追求其耐腐蝕性能，有些強腐蝕性介質(zhì)下，耐腐蝕合金層可以有效保護球座內(nèi)部基材，從而延長壽命，常用于強腐蝕性介質(zhì)工況（如石化、造紙行業(yè)）。硬密封高壓球閥材料選型中，其球座密封面噴涂硬質(zhì)合金層的材料是重中之重，一定不能選擇與工況、使用介質(zhì)條件不匹配的硬質(zhì)合金。
1.1.2 硬密封高壓球閥閥門一些內(nèi)件選材與工況溫度不符
硬密封高壓球閥中，有一些內(nèi)件的選材是與其使用工況溫度或介質(zhì)溫度密切相關(guān)的，比如填料、密封墊圈、閥桿護套等等．選擇硬密封高壓球閥一般有兩種原因，一是工況溫度較高，軟密封閥座無法承受，二是介質(zhì)磨蝕能力、沖蝕能力較強，軟密封閥座不夠堅硬．可見硬密封高壓球閥不等于高溫球閥，在某些工況中，它的使用溫度并不一定很高。
當(dāng)介質(zhì)溫度低于200℃時，填料、密封墊圈（包括體蓋密封墊圈、下閥桿密封墊圈、中法蘭密封墊圈等），閥桿護套等都可以選擇用合成塑料。這種配置與軟密封球閥中相關(guān)配件的配置類似。
當(dāng)介質(zhì)溫度高于200℃時，填料需要選用石墨（石墨耐溫性能強，高溫下性能基本無變化），密封墊圈一般選用金屬絲包裹在石墨圈外圍（用石墨密封，金屬絲定型），閥桿護套也要換成金屬材料。
所以，在硬密封高壓球閥的選型過程中，工況溫度或介質(zhì)溫度是一定要作為必要因素之一來決定選型方向的。錯誤的內(nèi)件選擇，輕則造成成本浪費，重則導(dǎo)致閥門失效，無法使用。
1.2 硬密封高壓球閥附屬件的選型故障
閥門的附屬件包括驅(qū)動裝置、驅(qū)動裝置配套裝置以及連接驅(qū)動裝置的支架、聯(lián)接軸等配件。硬密封高壓球閥的驅(qū)動裝置按照其動力來源可分為：杠桿手柄、鋼管手柄、渦輪執(zhí)行器、手輪離合減速器（用來切換手動操作或自動操作）、自動執(zhí)行器（包括氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器、電液動執(zhí)行器等）。
對于杠桿手柄、鋼管手柄，齒輪機構(gòu)等依靠手動操作的驅(qū)動裝置，根據(jù)產(chǎn)品的工作扭力值計算力矩，然后選擇合適的長度或則規(guī)格即可，當(dāng)然材料的抗扭抗拉強度也是需要考慮的。
對于自動執(zhí)行器的選型相對復(fù)雜一些。拿氣動執(zhí)行器舉例，氣動執(zhí)行器分為單作用型和雙作用型。雙作用型氣動執(zhí)行器開關(guān)都有彈簧力作用，扭力一致．單作用型的氣動執(zhí)行器開啟的時候要克服彈簧彈力作用，關(guān)閉的時候靠彈簧力關(guān)閉，這樣，其輸出扭矩是一個范圍扭力值，增加了選型的難度，一般安裝氣動執(zhí)行器，需要在閥門的工作扭力值基礎(chǔ)上，乘以一個安全系數(shù)，防止由于范圍性變化的執(zhí)行器輸出扭矩出現(xiàn)操作力不夠的情況發(fā)生。
硬密封高壓球閥一般在出廠的時候，未到實際工況，其實際工作扭力值是無法準(zhǔn)確測量的，常用的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)空載扭力值乘以一個介質(zhì)系數(shù)來估算其工作扭力值。對于硬密封高壓球閥，要根據(jù)工況的不同選擇這個介質(zhì)系數(shù)，如果是顆粒、粉塵、泥漿介質(zhì)，這個系數(shù)就要取得盡量大些，一般在1.5～2這個范圍內(nèi)選擇。
除了執(zhí)行器本身的選型需要注意以外，硬密封高壓球閥附屬配件也要根據(jù)實際情況選型，如相關(guān)電磁閥、減壓閥、閥位開關(guān)等等，如一個進(jìn)氣量很大的氣動執(zhí)行器，卻配備一個氣流量很小的電磁閥，這樣氣動執(zhí)行器進(jìn)氣會很慢，閥門關(guān)閉變慢，密封面受沖蝕的時間就越長，不利于閥門使用壽命。而且，自動裝置的閥門的顯著優(yōu)勢就在于啟閉時間快，很多客戶要求在N秒內(nèi)完成啟閉動作，這就對相關(guān)配件的合理配置提出了更高的要求。
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