CN105370913A - 高压蒸汽专用浮动球阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压蒸汽专用浮动球阀，属于阀门的技术领域。本发明所述的专用浮动球阀，包括：阀体、球体和阀杆，阀体的介质入口端一侧设置有第一金属阀体，出口端一侧设置有第二金属阀座；第一和第二金属阀座与所述球体贴合形成金属密封副；所述第一金属阀座的外侧设置有阀座压环，所述阀座压环与所述第一金属阀座之间压设有碟簧；通过调节所述碟簧的压紧力可设定密封预紧压力。本发明的专用浮动球阀密封性好、泄漏率低；而且耐磨性优异、拆装方便；能够适用于工作压力高，恶劣的工况条件；对于我国蒸汽阀泄漏率高、以中、低压蒸汽阀为主的现状，能够很好的弥补缺口。

Description

高压蒸汽专用浮动球阀
技术领域
本发明涉及阀门的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高压蒸汽专用浮动球阀。
背景技术
由于高温的水蒸汽容易产生氢气与厂房里的氧气混合引起爆炸，因此对于高压蒸汽专用的浮动球阀要求具有更高的耐磨损和密封性能。国内蒸汽阀的发展与国外先进国家相比起步较晚，目前，仍以生产中、低压蒸汽阀为主，参数低、性能差、寿命短、试验手段差，无论在产量和质量及产品品种上大都不能满足国内市场的需要，高参数产品基本上以进口为主，但进口阀门又有价格昂贵、生产周期长、运行成本高等缺点。传统的蒸汽阀，出口端采用密封将阀座与阀体焊接在一起，但是在焊接时容易因焊接应力造成阀座变形而造成阀座卡死，且不易拆卸。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高压蒸汽专用浮动球阀。
一种高压蒸汽专用浮动球阀，包括：阀体、球体和阀杆，所述阀杆的一端连接球体，另一端伸出阀体外；所述阀体的介质入口端一侧设置有第一金属阀体，所述阀体的介质出口端一侧设置有第二金属阀座，所述球体设置于所述第一金属阀座和第二金属阀座之间，并且所述第一金属阀座和第二金属阀座与所述球体贴合形成金属密封副；其特征在于：所述第一金属阀座的外侧设置有阀座压环，所述阀座压环与所述第一金属阀座之间压设有碟簧；通过调节所述碟簧的压紧力可设定密封预紧压力。
其中，所述阀杆与阀体之间填充有阀杆填料，所述阀体上方还设置有用于压紧阀杆填料的压板，所述压板开有一通孔，阀杆穿过通孔，所述压板与阀体之间通过螺栓固定，所述压板与阀体之间设置有垫圈，所述垫圈与阀体之间通过螺钉连接。
其中，所述压板上方设置有支架，对应于所述支架下方与球体上方的阀杆位置处均设置有止推环并用销固定在阀杆的外周，形成防飞机构，上下两道防飞出设计，使阀门在安装简便的同时保证阀杆在高压状态下不会飞出。
其中，所述螺栓与压板之间设置有碟簧，所述碟簧能够提供预紧力补充以压紧填料。
其中，所述阀杆与球体的结合处设置有防静电弹簧，防止静电积累及产生火花。
其中，所述球体上开设有泄压孔，防止当阀门关闭时，阀门中残留的介质因周围环境的相对高温快速升温气化、压力急剧升高，造成密封泄露、紧固件失效。
其中，所述阀杆由1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢锻造成型；并且锻造后在980～1050℃固溶处理0.5～1.0小时，固溶处理后水冷至350℃以下，然后在850～880℃进行稳定化处理。
本发明所述的高压蒸汽专用浮动球阀与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)在本发明的浮动球阀中，阀座与阀体紧密配合，形成密封带从而达到良好的密封性，而不采用密封焊形式，避免了传统球阀所具有的一系列问题，同时压力等级高，弥补了国内蒸汽阀的缺口，实现了产品的国产化。
(2)本发明的专用浮动球阀密封性好、泄漏率低；而且耐磨性优异、拆装方便；能够适用于工作压力高，恶劣的工况条件；对于我国蒸汽阀泄漏率高、以中、低压蒸汽阀为主的现状，能够很好的弥补缺口。
附图说明
图1为本发明所述的高压蒸汽专用浮动球阀的截面结构示意图。
在图1中各附图标记所代表的含义如下：1—阀体，2—球体，3—第二金属阀座，4、14—碟簧，5—阀杆，6—压板，7—第一金属阀座，8—阀座压环，9—支架，10—止推环，11—销，12、16—螺栓，14—碟簧，15—螺钉，16—防静电弹簧，19—垫圈。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明所述的高压蒸汽专用浮动球阀做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例1
如附图1所示，本实施例所述的高压蒸汽专用浮动球阀，包括阀体1、球体2和阀杆5，所述阀杆5的一端连接球体2，另一端伸出阀体外。所述阀体的介质入口端一侧设置有第一金属阀体7，所述阀体的介质出口端一侧设置有第二金属阀座3，所述球体2设置于所述第一金属阀座7和第二金属阀座3之间，并且所述第一金属阀座7和第二金属阀座3与所述球体2贴合形成金属密封副。阀杆5与阀体1之间填充有阀杆填料，所述第一金属阀座7的外侧设置有阀座压环8，所述阀座压环8旋入阀体1，并通过碟簧4将第一金属阀座7压紧，所述阀体1上方还设置有一块压板6用来压紧阀杆填料，所述压板6开有一通孔，阀杆5穿过通孔，该压板6与阀体1之间通过螺栓12固定连接，所述压板6与阀体1之间还设置有垫圈19，所述垫圈19与阀体1之间通过螺钉15连接。第一金属阀座7与阀座压环8之间设有推动第一金属阀座7靠向球体2的碟簧4，可以提供足够的初始密封预紧压力；阀杆5采用销轴结构，满足防飞出的使用要求，将止推环10套在阀杆5外部，并用销11固定，形成防飞出结构，上下两道防飞出设计，使阀门在安装简便的同时保证阀杆在高压状态下不会飞出；采用可调节式载荷填料设计，用压板6压紧阀杆填料，通过螺栓12将其压紧，在螺栓12和压板6中间设置两组碟簧14，提供预紧力补偿以压紧填料，当填料松动时，可以调节重新将其压紧，使阀杆5处的密封安全可靠；在球体2上开设泄压孔，防止当阀门关闭时，阀门中残留的介质因周围环境的相对高温快速升温气化、压力急剧升高，造成密封泄露、紧固件失效等。
在本实施例中，所述阀杆由1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢锻造成型；并且锻造后在980～1050℃固溶处理0.5～1.0小时，固溶处理后水冷至350℃以下，然后在850～880℃进行稳定化处理。
实施例2
在本实施例中，为了赋予所述球体在高压高温蒸汽条件下的耐久性、耐磨性和耐腐蚀性，所述阀座(第一阀座和第二阀座)和球体由硬化钢制成。所述硬化钢的化学组成如下：0.12～0.20wt％的C，1.50～1.80wt％的Cu，1.20～1.50wt％的Ni，1.80～2.10wt％的Cr，0.15～0.20wt％的Al，0.15～0.50wt％的Mo，0.005～0.015wt％的N，0.002～0.005wt％的B，Si≤0.5wt％，Mn≤0.5wt％，P≤0.030wt％，S≤0.030wt％余量为Fe和不可避免的杂质。作为优选地，所述硬化钢中C的含量为0.12～0.15wt％，Cu的含量为1.60～1.80wt％，Ni的含量为1.25～1.35wt％，Cr的含量为1.80～2.00wt％，Al的含量为0.18～0.20wt％，Mo的含量为0.20～0.30wt％，N的含量为0.008～0.015wt％，B的含量为0.002～0.003wt％。所述硬化钢经过铸造成型，然后在温度为500～550℃的条件下水蒸气处理2.0～3.0小时，然后加热到800～850℃保温30～60分钟，然后加热至1000～1050℃进行高温渗碳，碳势为0.6～0.8wt％，渗碳时间为1.5～2.0小时，然后在温度为100～150℃的油中淬火冷却；然后在350～450℃进行回火处理，回火处理时间为1.0～1.5小时。本实施例所述的硬化钢当Cu、Cr、Al、Mo、C的含量满足不等式：3.5[Cu]+1.1[Cr]+12.0[Al]+2.0[Mo]-10[C]≥8.5时，通过渗碳处理不仅使得碳化物以及少量的氮化物析出产生了强化作用，使得硬化钢的强度高，内部韧性好，而且高温硬度高，疲劳寿命高。此处[Cu]、[Cr]、[Al]、[Mo]、[C]分别代表Cu、Ni、Mo、Cr、C的质量百分比的数值，例如[Cu]为1.50～1.80，[Cr]为1.80～2.10，[Al]为0.15～0.20，[Mo]为0.15～0.50，[C]为0.12～0.20。表1示出了各试样以及比较样的硬化钢的元素组成，而表2给出了它们的性能，其中疲劳特性是采用点接触型转动疲劳试验机评价转动疲劳特性L10寿命，且以比较样1的值为1，其它试样相对比较1的L10寿命比来表示。Hv硬度是指在300℃条件下的硬度值。
表1余量为Fe，单位为wt％
C Si Mn Cu Ni Cr Al Mo N B S P
试样1 0.13 0.35 0.21 1.65 1.30 1.85 0.15 0.23 0.009 0.005 0.023 0.028
试样2 0.12 0.32 0.35 1.68 1.35 2.05 0.18 0.32 0.011 0.003 0.021 0.025
试样3 0.20 0.21 0.43 1.73 1.33 1.90 0.17 0.36 0.010 0.002 0.019 0.022
试样4 0.18 0.39 0.23 1.69 1.28 1.96 0.16 0.44 0.013 0.002 0.023 0.025
试样5 0.15 0.42 0.25 1.78 1.42 2.03 0.19 0.40 0.008 0.005 0.016 0.028
比较样1 0.13 0.35 0.21 1.52 1.30 1.85 0.15 0.23 0.009 0.005 0.021 0.025
比较样2 0.12 0.32 0.32 3.50 1.35 2.05 0.18 0.38 0.011 0.003 0.018 0.021
比较样3 0.15 0.42 0.25 0.20 1.42 10.80 0.03 0.40 0.008 0.005 0.016 0.028
表2
试样1 试样2 试样3 试样4 试样5 比较样1 比较样2 比较样3
抗拉强度(MPa)≥ 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100
Hv0.1硬度 263 278 285 273 273 250 231 275
疲劳特性 2.35 2.39 2.41 2.40 2.50 1 0.72 1.23
实施例3
在本实施例中，所述第一金属阀座面对所述球体的一侧表面上通过激光熔覆工艺形成有密封涂层，所述密封涂层的厚度为0.5mm～5.0mm。所述的密封涂层需要兼有良好的耐热性、低摩擦性和耐磨耗性。所述密封涂层的原料组成为：8.0～10.0wt％的磷酸锆、5.0～6.0wt％的二氧化锆、10.0～12.2wt％的石墨、10.0～12.0wt％的铬、5.0～5.5wt％的铝，0.2～0.8wt％的硼，和余量的镍。所述密封涂层的制备方法如下：(1)按照上述组成准备原料，并在球磨机中进行球磨，使得粉末的粒径为10μm；(2)采用功率密度为104W/cm2的激光束辐照形成熔池，同步送入配制好的原料粉末，粉载气体为N2；所述激光为二氧化碳气体激光，光束扫描速度为3.0～5.0mm/s，光斑尺寸3.0mm，混合粉末送入熔池的速率为15～30g/min。表3示出了各试样以及比较样的密封涂层的原料组成，而表4给出了它们的耐磨耗性和摩擦系数(干摩)。采用直径为10mm的氮化硅球进行摩擦磨损试验，载荷为500g，摩擦1000以及2000次后分别测量摩擦系数，以及摩擦2000次后的减厚量。
表3单位为wt％，余量为镍
磷酸锆 二氧化锆 石墨 铬 铝 硼
试样1 8.0 6.0 10.5 11.2 5.2 0.36
试样2 9.2 5.6 12.2 10.0 5.5 0.50
试样3 9.8 5.0 10.2 12.0 5.8 0.55
比较样1 — 12.0 10.5 11.2 5.2 0.36
比较样2 8.0 6.0 1.2 11.2 5.2 0.36
比较样3 9.8 5.0 10.2 12.0 — 0.55
表4
试样1 试样2 试样3 比较样1 比较样2 比较样3
1000次摩擦后的摩擦系数 0.22 0.20 0.18 0.21 0.25 0.20
2000次摩擦后的摩擦系数 0.15 0.13 0.13 0.20 0.23 0.13
摩擦损耗(μm) 12 10 12 23 39 55
对于本领域的普通技术人员而言，本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高压蒸汽专用浮动球阀，包括：阀体、球体和阀杆，所述阀杆的一端连接球体，另一端伸出阀体外；所述阀体的介质入口端一侧设置有第一金属阀体，所述阀体的介质出口端一侧设置有第二金属阀座，所述球体设置于所述第一金属阀座和第二金属阀座之间，并且所述第一金属阀座和第二金属阀座与所述球体贴合形成金属密封副；其特征在于：所述第一金属阀座的外侧设置有阀座压环，所述阀座压环与所述第一金属阀座之间压设有碟簧；通过调节所述碟簧的压紧力可设定密封预紧压力。
2.根据权利要求1所述的高压蒸汽专用浮动球阀，其特征在于：所述阀杆与阀体之间填充有阀杆填料，所述阀体上方还设置有用于压紧阀杆填料的压板，所述压板开有一通孔，阀杆穿过通孔，所述压板与阀体之间通过螺栓固定，所述压板与阀体之间设置有垫圈，所述垫圈与阀体之间通过螺钉连接。
3.根据权利要求2所述的高压蒸汽专用浮动球阀，其特征在于：所述螺栓与压板之间设置有碟簧。
4.根据权利要求1所述的高压蒸汽专用浮动球阀，其特征在于：所述压板上方设置有支架，对应于所述支架下方与球体上方的阀杆位置处均设置有止推环并用销固定在阀杆的外周，形成防飞机构。
5.根据权利要求1所述的高压蒸汽专用浮动球阀，其特征在于：所述阀杆与球体的结合处设置有防静电弹簧。
6.根据权利要求1所述的高压蒸汽专用浮动球阀，其特征在于：所述球体上开设有泄压孔。
7.根据权利要求1所述的高压蒸汽专用浮动球阀，其特征在于：所述阀杆由1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢锻造成型；并且锻造后在980～1050℃固溶处理0.5～1.0小时，固溶处理后水冷至350℃以下，然后在850～880℃进行稳定化处理。
8.根据权利要求1所述的高压蒸汽专用浮动球阀，其特征在于：所述第一阀座、第二阀座和球体由硬化钢制成，并且所述硬化钢的化学组成如下：0.12～0.20wt％的C，1.50～1.80wt％的Cu，1.20～1.50wt％的Ni，1.80～2.10wt％的Cr，0.15～0.20wt％的Al，0.15～0.50wt％的Mo，0.005～0.015wt％的N，0.002～0.005wt％的B，Si≤0.5wt％，Mn≤0.5wt％，P≤0.030wt％，S≤0.030wt％余量为Fe和不可避免的杂质。
9.根据权利要求1所述的高压蒸汽专用浮动球阀，其特征在于：所述第一金属阀座面对所述球体的一侧表面上通过激光熔覆工艺形成有密封涂层，所述密封涂层的原料组成为：8.0～10.0wt％的磷酸锆、5.0～6.0wt％的二氧化锆、10.0～12.2wt％的石墨、10.0～12.0wt％的铬、5.0～5.5wt％的铝，0.2～0.8wt％的硼，和余量的镍。
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