硬密封高温耐磨球阀关键技术研究

论文摘要

有机硅材料具有优异的综合性能,在生产生活诸多领域得到应用,有机硅工业是国家大力发展的一个领域。生产有机硅单体装置回料系统的介质是固相为硅粉的高温气固两相流介质,气固两相流介质对输送管道上的球阀有很强的磨蚀作用,气固两相流介质的高温磨蚀特性要求球阀即要耐磨又能适应高温环境,目前的球阀无法满足要求,需要对高温耐磨球阀关键技术开展研究,开发出满足有机硅单体装置回料系统用高温耐磨球阀,以满足国家有机硅工业发展对高温耐磨球阀的需求。本文在浙江省科学技术厅科技攻关计划项目“陶瓷耐磨球阀的研制”(计划编号2004C31006)的资助下,针对有机硅装置回料系统介质的特点,对硬密封高温耐磨球阀的关键技术进行了较为深入的研究,主要包括如下内容:(1)双层辉光离子渗钨渗碳球体密封面特性。对经双层辉光离子渗钨渗碳工艺硬化处理的2Cr13材料的渗层深度、渗层的相组成、渗层的硬度分布,以及经此工艺硬化处理的2Cr13球阀启闭件球体的变形量和球体密封面的静压寿命进行了详细的试验研究。试验结果表明经双层辉光离子渗钨渗碳工艺硬化处理的2Cr13球体密封面加工量小、硬化层厚且硬度高、静压寿命长,证实了双层辉光离子渗钨渗碳工艺是一种能使硬密封球阀2Cr13球体密封面具有优异综合性能的硬化工艺。(2)硬密封球阀球体密封面精加工技术。提出了两种双轴转动球体密封面研磨设备结构,对基于这两种结构实现球体密封面研磨成型的原理进行了理论分析;为提高球体密封面研磨质量,对双轴转动球体密封面研磨设备双轴转速之间的关系进行了分析并确定了二者之间的关系;推导出了球体研磨速度的计算公式;提出了双轴转动球体密封面研磨设备的整体结构形式和部件结构形式;分析了工艺参数值对球体密封面研磨效果的影响,在此基础上提出了球体密封面研磨工艺参数值。对双轴转动球体密封面研磨设备样机的研磨效果进行了试验检验,试验结果表明双轴转动球体密封面研磨设备可研磨出密封性能达到零泄漏的硬密封球阀球体密封面,验证了双轴转动球体密封面研磨设备结构的可行性,以及提出的研磨工艺参数值的合理性。(3)高温防卡阻硬密封球阀结构。提出了一种新型高温防卡阻硬密封高温球阀结构——球体预置偏心高温浮动对中硬密封高温球阀结构,分析了该结构球阀的工作原理。(4)硬密封高温耐磨球阀密封结构。提出了一种硬密封高温耐磨球阀阀前阀座和阀后阀座都能密封的双面密封结构;在分析双面密封硬密封高温耐磨球阀阀座受力状况的基础上,推导出了阀座密封面密封比压的计算公式;针对双面密封结构的特点,提出了确定阀座密封面宽度的准则,以此准则为基础给出了确定阀座密封面宽度的方法;提出了一种阀杆锥形柔性石墨环组合填料密封结构,分析了该阀杆密封结构的工作原理和特点。(5)硬密封高温耐磨球阀阀体内腔耐磨衬里技术。在分析阀体内腔磨损形式的基础上,给出了阀体内腔耐磨涂层的热喷涂工艺形式并确定了涂层材料。(6)硬密封高温耐磨球阀试验研究。对硬密封高温耐磨球阀样机进行了压力试验和高温磨蚀条件下的工况试验,试验结果表明硬密封高温耐磨球阀密封性能优异,高温磨蚀条件下操作灵活、工作寿命长,验证了球体预置偏心高温浮动对中硬密封高温球阀结构和阀门密封结构的合理性,以及所确定的耐磨涂层的耐磨性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 硬密封高温球阀技术现状
• 1.2.1 球阀简介
• 1.2.2 硬密封高温球阀结构现状
• 1.2.3 阀门金属密封面硬化工艺现状
• 1.3 耐磨粒介质磨损技术现状
• 1.3.1 耐磨材料简介
• 1.3.2 阀门密封面耐磨粒介质磨损技术现状
• 1.3.3 阀门阀体耐磨粒介质磨损技术现状
• 1.3.4 耐磨粒介质磨损新技术
• 1.4 耐磨球阀技术现状
• 1.5 硬密封球阀球体密封面精加工技术现状
• 1.6 本文主要研究内容
• 2 双层辉光离子渗钨渗碳球体密封面特性
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料、试验设备及硬化工艺
• 2.3 试棒试样试验
• 2.3.1 试验方法
• 2.3.2 试验结果
• 2.4 球体试样试验
• 2.4.1 球体硬化后的加工量
• 2.4.2 密封面静压寿命试验
• 2.5 试验结果讨论
• 2.6 本章小结
• 3 硬密封球阀球体密封面精加工技术
• 3.1 引言
• 3.2 双轴转动球体密封面研磨设备结构
• 3.2.1 结构形式
• 3.2.2 球面研磨成型分析
• 3.3 球体研磨运动速度分析
• 3.3.1 双轴转动转速关系
• 3.3.2 研磨速度
• 3.4 双轴转动球体密封面研磨设备
• 3.4.1 功能要求
• 3.4.2 结构设计
• 3.4.3 整体结构和工作原理
• 3.5 球体研磨工艺
• 3.6 双轴转动球体密封面研磨设备研磨效果试验
• 3.7 本章小结
• 4 硬密封高温耐磨球阀设计
• 4.1 引言
• 4.2 球体预置偏心高温浮动对中硬密封高温球阀结构
• 4.2.1 结构形式和工作原理
• 4.2.2 预置偏心量的确定
• 4.3 双面密封设计
• 4.3.1 双面密封结构和密封原理
• 4.3.2 密封副和圆板弹簧材料选择
• 4.3.3 关键参数的计算
• 4.3.4 密封面宽度的确定
• 4.4 阀体设计
• 4.4.1 阀体结构
• 4.4.2 阀体材料选择
• 4.4.3 阀体壁厚确定
• 4.5 阀杆密封设计
• 4.5.1 密封结构
• 4.5.2 材料选择
• 4.6 阀体内腔耐磨涂层设计
• 4.7 本章小结
• 5 硬密封高温耐磨球阀的试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 压力试验
• 5.3 工况试验
• 5.4 本章小结
• 6 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.1.1 主要结论
• 6.1.2 主要创新点
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果