本发明涉及一种适用于水煤浆工况的硬密封球阀。
背景技术：
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随着科学技术的发展和人民生活的提高，开发和利用新一代洁净、高效的气化技术对我国各种能源的合理利用十分重要。目前国内外已开始采用水煤浆加压气化技术合成相关产品，此技术是以各种碳、氢物料为原材料（褐煤、烟煤、无烟煤、泥煤）。其工艺过程是原料需经必要的制粉、成浆，然后制备出水基或油基浆料，经过搅拌、贮存、输送，然后送专用喷嘴雾化，在气流床气化炉（1400℃左右）中气化生成粗合成气（CO和H2），经除尘、洗涤后送往下游工序合成相应产品（如甲醇、乙烯、化肥等）。但是水煤浆在制造前后具有腐蚀性强，温度高，冲蚀强，颗粒硬度高等特点。
由于普通软密封球阀的阀座一般采用聚四氟乙烯（PTFE）、增强型聚四氟乙烯（RPTFE）、尼龙（NYLON）或其他高分子合成材料，使用温度一般都不高于200℃，即使相对耐高温的PEEK也只能承受260℃左右工作温度。并且使用介质中一般不允许带有颗粒或纤维成分，否则软密封调节阀的使用寿命就很短。这就限制了普通软密封球阀在水煤浆工况中的应用。目前满足此类工况条件的硬密封球阀大部分依赖国外进口，根据需要研制了水煤浆工况用硬密封球阀。
相对普通的硬密封球阀来说，水煤浆工况用硬密封球阀要适用于高温、高压、强冲蚀、强腐蚀等工况条件，在设计和制造过程中存在不少技术难点。
（1）密封比压高 水煤浆工况用硬密封球阀由于采用金属材料为密封面，所需要的密封比压比软密封要高得多，因此如何从设计上保证适当的密封比压，提高零件的形位公差以及提高表面光洁度要求是十分重要的。
（2）球体表面硬度高 煤粉颗粒的硬度较高，此工况情形下，在阀门关闭的状态时要求球体表面硬度层有较高的硬度，否则，当阀门开启的过程中会有煤粉颗粒镶嵌在球体表面上，从而破坏球体表面，以至于影响到阀门的整体密封性能。
（3）喷焊层结合强度高 煤粉在管线中的流动速度很快，因此要求球体密封面必须有较高的硬度和强度，同时还要求所喷焊的密封材料和基体材料有较高的结合强度，以及基体材料本身的强度较好，这样喷焊层才不能从基体表面脱落，而失去密封性能。
（4）自洁功能 煤浆的吸附性较强，容易粘在球体表面上。在阀门启闭过程中，介质颗粒被带到阀座与球体的密封面之间，破坏了球体与阀座之间的密封副，从而影响阀门的密封性能，使阀门的使用寿命大大缩短。这就要求阀门具有很好的“自洁”功能，从而保证球体和阀座密封副不被破坏。
（5）加工难 由于水煤浆工况用硬密封球阀的密封表面均采用超硬材料或表面硬化处理，用普通刀具无法加工，即使能加工其加工精度也不能满足要求，同时还要求加工设备具有足够的强度，因此选择合适的刀具非常重要。
技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种适用于水煤浆工况的硬密封球阀。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种适用于水煤浆工况的硬密封球阀，其组成包括：端盖，所述的端盖与碟形弹簧连接，所述的碟形弹簧与压环连接，所述的压环与密封环连接，所述的密封环与阀座连接，所述的阀座与球体连接，所述的球体外套有轴套，所述的轴套外套有枢轴；
由于采用金属材料作为密封面，所需密封比压比软密封要高得多，采用“弹簧+阀座”的组合阀座结构，通过高负载碟形弹簧提供初始预紧密封比压，考虑到高温时金属材料的线性膨胀影响，采用碟形弹簧串联的组合设计方式，这样即满足了碟形弹簧所提供的初始预紧力，同时又解决了由于热膨胀所造成过大摩擦力矩的情形，这样既能满足阀门在低压情况下的密封性能，又能提供一个较高的密封剪切力，使阀座与球体始终紧贴在一起，在球阀开启、关闭的过程中阀座对球体表面起到“清洁”的作用，另外，在阀座的前、后都增加了“刮削刀刃”的设计，使阀门在开启或关闭的过程中，阀座刀刃都对球体表面吸附物起到刮削作用，从而不至于把介质带入密封副之间破坏密封面，影响整体球阀的密封性能；
球体喷涂WC前后都须用专用球面磨床磨削，阀座堆焊后，采用数控机床加工，当球体和阀座达到一定精度要求时，两者进行配对研磨；
选择球体表面喷焊镍基WC与阀座密封面堆焊STL合金的形式，这种配对使球体表面喷焊层硬度和厚度有保证，能满足高温、高压以及频繁开启的应用场合，阀座密封面堆焊STL合金层较厚，抗咬性好。
本发明的有益效果：
通过热态工况试验及实际使用证明，本发明水煤浆工况用硬密封球阀适用于介质为含有大量泥砂的高压原油的采油、输送始端，炼油厂中的原油提炼、渣油加氢、焦化工艺等高温高压系统，乙烯项目中介质为聚合物颗粒的工况，有机硅项目中高硬度颗粒介质工况，造纸行业中含纤维介质工况，煤炭化工行业中及水煤浆气化合成化肥项目中的部分装置上。
相对普通的硬密封球阀来说，本发明水煤浆工况用硬密封球阀要适用于高温、高压、强冲蚀、强腐蚀等工况条件，在设计和制造过程中存在不少技术难点。
（1）密封比压高 水煤浆工况用硬密封球阀由于采用金属材料为密封面，所需要的密封比压比软密封要高得多，因此如何从设计上保证适当的密封比压，提高零件的形位公差以及提高表面光洁度要求是十分重要的。
（2）球体表面硬度高 煤粉颗粒的硬度较高，此工况情形下，在阀门关闭的状态时要求球体表面硬度层有较高的硬度，否则，当阀门开启的过程中会有煤粉颗粒镶嵌在球体表面上，从而破坏球体表面，以至于影响到阀门的整体密封性能。
（3）喷焊层结合强度高 煤粉在管线中的流动速度很快，因此要求球体密封面必须有较高的硬度和强度，同时还要求所喷焊的密封材料和基体材料有较高的结合强度，以及基体材料本身的强度较好，这样喷焊层才不能从基体表面脱落，而失去密封性能。
（4）自洁功能 煤浆的吸附性较强，容易粘在球体表面上。在阀门启闭过程中，介质颗粒被带到阀座与球体的密封面之间，破坏了球体与阀座之间的密封副，从而影响阀门的密封性能，使阀门的使用寿命大大缩短。这就要求阀门具有很好的“自洁”功能，从而保证球体和阀座密封副不被破坏。
（5）加工难 由于水煤浆工况用硬密封球阀的密封表面均采用超硬材料或表面硬化处理，用普通刀具无法加工，即使能加工其加工精度也不能满足要求，同时还要求加工设备具有足够的强度，因此选择合适的刀具非常重要。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图。图中，1为枢轴，2为轴套，3为球体，4为阀座，5为密封环，6为压环，7为碟形弹簧，8为端盖。
具体实施方式：
实施例1：
一种适用于水煤浆工况的硬密封球阀，其组成包括：端盖，所述的端盖与碟形弹簧连接，所述的碟形弹簧与压环连接，所述的压环与密封环连接，所述的密封环与阀座连接，所述的阀座与球体连接，所述的球体外套有轴套，所述的轴套外套有枢轴；
由于采用金属材料作为密封面，所需密封比压比软密封要高得多，采用“弹簧+阀座”的组合阀座结构，通过高负载碟形弹簧提供初始预紧密封比压，考虑到高温时金属材料的线性膨胀影响，采用碟形弹簧串联的组合设计方式，这样即满足了碟形弹簧所提供的初始预紧力，同时又解决了由于热膨胀所造成过大摩擦力矩的情形，这样既能满足阀门在低压情况下的密封性能，又能提供一个较高的密封剪切力，使阀座与球体始终紧贴在一起，在球阀开启、关闭的过程中阀座对球体表面起到“清洁”的作用，另外，在阀座的前、后都增加了“刮削刀刃”的设计，使阀门在开启或关闭的过程中，阀座刀刃都对球体表面吸附物起到刮削作用，从而不至于把介质带入密封副之间破坏密封面，影响整体球阀的密封性能；
球体喷涂WC前后都须用专用球面磨床磨削，阀座堆焊后，采用数控机床加工，当球体和阀座达到一定精度要求时，两者进行配对研磨；
选择球体表面喷焊镍基WC与阀座密封面堆焊STL合金的形式，这种配对使球体表面喷焊层硬度和厚度有保证，能满足高温、高压以及频繁开启的应用场合，阀座密封面堆焊STL合金层较厚，抗咬性好。
实施例2：
实施例1所述的适用于水煤浆工况的硬密封球阀，控制阀内组件的零件材料包括阀芯、阀座环、套筒调节阀杆、导向衬套和填料函等零部件的材料，选择范围比较宽，因为它们不构成控制阀的受压部件。这些材料的选择通常是根据化学腐蚀、磨蚀、擦伤、温度和差压、流经节流后产生闪蒸、空化等因素来决定。阀内组件材料一般用SUS304、SUS316不锈钢材料。阀内的流体当其在缩流断面处的压力降低到等于或低于该液体在阀入口温度下的饱和蒸汽压力时，部分液体就会汽化，形成汽泡，此现象称为闪蒸。若缩流断面后流体的压力恢复到高于上述饱和蒸汽压力时，已汽化的液体又恢复到液相。汽泡破裂，释放出能量，此现象称为空化。闪蒸和空化都会损坏阀芯，降低控制阀的寿命，同时产生振动和噪音。对于闪蒸、空化通常采取下列措施来保护控制阀：采用分级降压、多级减压的特殊阀内件；控制介质流速；采用扩大阀门出口；采用经硬化处理的阀内件。