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煤化工硬密封固定球閥閥座設計分析

發布日期:2023-02-08 11:45:18  瀏覽次數:1288
煤化工行業經過多年發展,產能產值已達到一定規模,傳統煤化工不再擴大規模,新型煤化工的產業格局已基本成型。目前,由于國際原油價格持續走低、國內節能減排環保意識增加、經濟增速放緩,我國煤化工行業正處于供大于求、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,需要在原有規模的基礎上有更多的技術升級和新技術、新產品的發明創新來提升煤炭的高質高效利用,提高整體煤化工產業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,對其進行針對性優化設計。采用整體式閥座,將石墨環、壓環、碟形彈簧、凸壓環、防塵石墨圈、凹壓環藏于閥座內部,其優點在于: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。石墨環結構屬于靜密封,與閥體接觸面積大,在高壓環境中摩擦、磨損問題比較突出。通過對石墨環進行分析,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,也增強了石墨環徑向密封自動補償功能,圓錐形結構也使石墨環所需的最大壓緊力變小,減輕了石墨環的磨損,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所需的最大壓緊力變小,減輕了石墨環的磨損,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。石墨環結構屬于靜密封,與閥體接觸面積大,在高壓環境中摩擦、磨損問題比較突出。通過對石墨環進行分析,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,也增強了石墨環徑向密封自動補償功能,圓錐形結構也使石墨環所需的最大壓緊力變小,減輕了石墨環的磨損,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所需的最大壓緊力變小,減輕了石墨環的磨損,延長了


 
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