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技術(shù)文章
硬密封球閥技術(shù)類故障分析及解決方式（2）
點(diǎn)擊次數(shù)：2054 發(fā)布時間：2014-11-29
硬密封球閥在使用工況中比軟密封球閥要嚴(yán)苛很多，高溫、強(qiáng)腐蝕以及粉塵、顆粒、泥漿等介質(zhì)對硬密封球閥的持續(xù)使用造成了相當(dāng)大的障礙問題。在硬密封球閥的使用過程中，常常因?yàn)楣r或者人為的原因?qū)е麻y門出現(xiàn)故障而被迫進(jìn)行維修。
了解閥門故障產(chǎn)生的原因，并找到預(yù)防故障的方法，對于閥門行業(yè)工作者和產(chǎn)品使用者來說，都是必要且有效的。
我公司技術(shù)研究人員特根據(jù)市場用戶使用球閥過程中普遍出現(xiàn)的硬密封球閥問題進(jìn)行分析。并拓展硬密封球閥產(chǎn)品設(shè)計及附屬配備應(yīng)注意的問題，且提出改善的方向。
從產(chǎn)品的使用角度來分類，硬密封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。那么本文則要介紹硬密封球閥技術(shù)類故障的分析和解決方案；
1技術(shù)類故障
上一則文章所講述的非技術(shù)類故障都是人為因素造成的，來源于主觀原因，如果是足夠謹(jǐn)慎或者經(jīng)驗(yàn)足夠豐富，是*可以避免的，其故障產(chǎn)生原因與閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)并無關(guān)系。
而所謂的技術(shù)類故障。顧名思義，它是由于目前硬密球閥的技術(shù)還不夠完善造成的，很多時候我們只能盡量去減小它所帶來的影響，而很難*消除。當(dāng)然，如果一個使用壽命為3個月的硬密封球閥，經(jīng)過故障排除或者預(yù)防，能夠?qū)勖娱L至半年，那即使故障不能*杜絕，也已經(jīng)可以被認(rèn)為是成功的。
1.1密封面破壞引起的泄漏
對于球閥，甚至對于閥門來說，密封面都是影響整個閥門工作的zui重要部位。從球閥的工作原理來看，球閥是啟閉件，其操作過程是鋼球在閥座上開啟或者關(guān)閉的過程，如果在開啟或者關(guān)閉的過程中造成密封面的破壞，那密封面處就可能泄露，造成閥門的內(nèi)漏，閥門即為失效。
1.1.1閥座彈簧的合理選用
硬密封球閥與軟密封球閥的zui大區(qū)別在于，鋼球與閥座都是金屬材料，不同于軟密封鋼球是金屬，而閥座是非金屬。因此，密封機(jī)理也有所不同，軟密封球閥密封原理是：鋼球與閥座之間的密封力導(dǎo)致非金屬閥座發(fā)生形變，將閥座與鋼球之間凸凹不平的線接觸轉(zhuǎn)變成接觸，同時軟密封閥座被擠壓變形后，與鋼球表面進(jìn)一步契合，補(bǔ)償鋼球表面的凸凹不平處，如果鋼球與閥座的擠壓變形大一些或小一些，對密封性能影響不大；而硬密封球閥的密封原理是，鋼球與閥座之間的密封力很難使金屬閥座發(fā)生形變，因此，需要用更大的密封力（相較于軟密封球閥來說）來使閥座密封面產(chǎn)生形變，從而達(dá)到鋼球和閥座的契合，從而達(dá)到密封，但這種形變僅僅是細(xì)微的，如果鋼球閥座的擠壓力稍有變化，則可能無法密封。從兩種機(jī)理的不同不難得出兩個結(jié)論：特技閥門
一、硬密封球閥鋼球和閥座間擠壓力更大；
二、硬密封球閥對于密封的調(diào)節(jié)功能要弱于軟密封球閥。
由于硬密封球閥鋼球和閥座間擠壓力更大，在球閥進(jìn)行啟閉轉(zhuǎn)換時，金屬鋼球和金屬閥座之間產(chǎn)生滑動摩擦，根據(jù)材料力學(xué)可以得知，硬度相近的金屬間進(jìn)行滑動摩擦很可能會拉傷密封面（在密封面產(chǎn)生劃痕）。在硬密封球閥中，一般采用在閥座后加彈簧（碟簧或柱簧）來對比壓力進(jìn)行微調(diào)。這樣，一定程度上使密封力在一定范圍內(nèi)，都能達(dá)到密封。
1.1.2工況原因造成的密封面泄漏
事實(shí)上，對于硬密封球閥的作用，造成zui大的困擾不是技術(shù)上的問題，即使設(shè)計的足夠精密，在實(shí)際使用過程中，仍然會處一些問題，這種問題一般出現(xiàn)在煤化工行業(yè)，多晶硅行業(yè)，這些工況的共同特征是，介質(zhì)不是由單一的氣體或液體組成，其中有大量的固體顆粒，這些固體顆粒對鋼球和閥座的流道口造成強(qiáng)烈的沖刷，甚至穿過流道口進(jìn)入密封面，就能對密封面造成致命性的破壞。
對于這種情況導(dǎo)致的閥門返修情況占了維修量的20%以上。英密封球閥的鋼球和閥座密封面要求很高，一旦劃痕超過0.1mm，基本上就沒有再研磨利用的可能，使用一旦出現(xiàn)這種情況，往往就是球座同時報廢．所以應(yīng)盡量把這種情況減少到zui低。
將閥座密封面兩側(cè)修出兩個階梯，即為“雙刮刀“結(jié)構(gòu)，兩側(cè)的階梯就像兩把刮刀，在鋼球啟閉的過程中，可以有效的刮除吸附在鋼球上的固體顆粒，避免其進(jìn)入密封面。當(dāng)然，這種閥座一般僅用于工況固體顆粒較多的情況，對于水、汽介質(zhì)，刮刀結(jié)構(gòu)減小閥座強(qiáng)度，且增加加工成本，沒必要。
1.1.3閥座壓環(huán)的調(diào)節(jié)作用
前文分析了彈簧的調(diào)節(jié)作用，彈簧的彈性與壓縮量是呈線性或者二次曲線函數(shù)關(guān)系的，且有效值范圍很短，所以僅僅在極細(xì)微小的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)閥門出現(xiàn)泄漏而且比壓力高出標(biāo)準(zhǔn)或者低于標(biāo)準(zhǔn)閥位較大時，需要通過安裝在閥座后面的閥座壓環(huán)厚度來調(diào)節(jié)。
1.2扭力值過大
經(jīng)統(tǒng)計，密封面泄漏在故障總量中占到20%，而扭力過大問題，在故障中至少占40%的幾率．硬密球閥由于其特殊的密封機(jī)理，扭力本來就比同規(guī)格軟密封球閥要大3－4倍，在泥濘，粉塵等吸附能力*的介質(zhì)工況下，固液混合物吸附在鋼球和閥座密封面的外部，造成鋼球啟閉時扭力極大，甚至出現(xiàn)“卡死“現(xiàn)象，如果強(qiáng)行啟閉，甚至造成閥桿扭壞。
目前并沒有找到完善的解決辦法．大多數(shù)情況都是拆卸維修，刮除泥漿。預(yù)防方面，可以從以下幾個方面著手：
?、?ldquo;雙刮刀”結(jié)構(gòu)，刮除泥漿，遠(yuǎn)離密封面。
?、诹鞯揽谛螤畋M量做成流線型，棱角處更容易積聚泥沙。
?、鄄捎米詣域?qū)動器驅(qū)動，一是加快啟閉速度，減少泥漿沖蝕、黏附密封面時間。二是安全作用，因?yàn)轵?qū)動器的扭力是有上限的，當(dāng)鋼球卡死，不至于強(qiáng)行扭壞閥桿或割傷密封面。
2結(jié)語
綜上所述，硬密封球閥生產(chǎn)精度要求高，工況惡劣，要想使硬密封球閥能夠少出故障，保持較長壽命，需要把握以下幾個方面：
①設(shè)計、選型要結(jié)合實(shí)際工況，選擇合適的材料，結(jié)構(gòu)。
?、谏a(chǎn)過程要嚴(yán)格把握精度，出廠做好每一步測試。
?、凼褂眠^程中要嚴(yán)格按照產(chǎn)品生產(chǎn)說明書。
?、艹Ｗ鰴z查維護(hù)，如果出現(xiàn)問題及時維修或更換，以免出現(xiàn)安全事故。
硬密封球閥在目前石油，化工等行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，也逐步朝著大規(guī)格、高壓力的方向前進(jìn)，在實(shí)際的生產(chǎn)的使用中，還會遇到各種問題需要解決，相信每一個閥門行業(yè)的工作者都會感到充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
了解閥門故障產(chǎn)生的原因，并找到預(yù)防故障的方法，對于閥門行業(yè)工作者和產(chǎn)品使用者來說，都是必要且有效的。
我公司技術(shù)研究人員特根據(jù)市場用戶使用球閥過程中普遍出現(xiàn)的硬密封球閥問題進(jìn)行分析。并拓展硬密封球閥產(chǎn)品設(shè)計及附屬配備應(yīng)注意的問題，且提出改善的方向。
從產(chǎn)品的使用角度來分類，硬密封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。那么本文則要介紹硬密封球閥技術(shù)類故障的分析和解決方案；
1技術(shù)類故障
上一則文章所講述的非技術(shù)類故障都是人為因素造成的，來源于主觀原因，如果是足夠謹(jǐn)慎或者經(jīng)驗(yàn)足夠豐富，是*可以避免的，其故障產(chǎn)生原因與閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)并無關(guān)系。
而所謂的技術(shù)類故障。顧名思義，它是由于目前硬密球閥的技術(shù)還不夠完善造成的，很多時候我們只能盡量去減小它所帶來的影響，而很難*消除。當(dāng)然，如果一個使用壽命為3個月的硬密封球閥，經(jīng)過故障排除或者預(yù)防，能夠?qū)勖娱L至半年，那即使故障不能*杜絕，也已經(jīng)可以被認(rèn)為是成功的。
1.1密封面破壞引起的泄漏
對于球閥，甚至對于閥門來說，密封面都是影響整個閥門工作的zui重要部位。從球閥的工作原理來看，球閥是啟閉件，其操作過程是鋼球在閥座上開啟或者關(guān)閉的過程，如果在開啟或者關(guān)閉的過程中造成密封面的破壞，那密封面處就可能泄露，造成閥門的內(nèi)漏，閥門即為失效。
1.1.1閥座彈簧的合理選用
硬密封球閥與軟密封球閥的zui大區(qū)別在于，鋼球與閥座都是金屬材料，不同于軟密封鋼球是金屬，而閥座是非金屬。因此，密封機(jī)理也有所不同，軟密封球閥密封原理是：鋼球與閥座之間的密封力導(dǎo)致非金屬閥座發(fā)生形變，將閥座與鋼球之間凸凹不平的線接觸轉(zhuǎn)變成接觸，同時軟密封閥座被擠壓變形后，與鋼球表面進(jìn)一步契合，補(bǔ)償鋼球表面的凸凹不平處，如果鋼球與閥座的擠壓變形大一些或小一些，對密封性能影響不大；而硬密封球閥的密封原理是，鋼球與閥座之間的密封力很難使金屬閥座發(fā)生形變，因此，需要用更大的密封力（相較于軟密封球閥來說）來使閥座密封面產(chǎn)生形變，從而達(dá)到鋼球和閥座的契合，從而達(dá)到密封，但這種形變僅僅是細(xì)微的，如果鋼球閥座的擠壓力稍有變化，則可能無法密封。從兩種機(jī)理的不同不難得出兩個結(jié)論：特技閥門
一、硬密封球閥鋼球和閥座間擠壓力更大；
二、硬密封球閥對于密封的調(diào)節(jié)功能要弱于軟密封球閥。
由于硬密封球閥鋼球和閥座間擠壓力更大，在球閥進(jìn)行啟閉轉(zhuǎn)換時，金屬鋼球和金屬閥座之間產(chǎn)生滑動摩擦，根據(jù)材料力學(xué)可以得知，硬度相近的金屬間進(jìn)行滑動摩擦很可能會拉傷密封面（在密封面產(chǎn)生劃痕）。在硬密封球閥中，一般采用在閥座后加彈簧（碟簧或柱簧）來對比壓力進(jìn)行微調(diào)。這樣，一定程度上使密封力在一定范圍內(nèi)，都能達(dá)到密封。
1.1.2工況原因造成的密封面泄漏
事實(shí)上，對于硬密封球閥的作用，造成zui大的困擾不是技術(shù)上的問題，即使設(shè)計的足夠精密，在實(shí)際使用過程中，仍然會處一些問題，這種問題一般出現(xiàn)在煤化工行業(yè)，多晶硅行業(yè)，這些工況的共同特征是，介質(zhì)不是由單一的氣體或液體組成，其中有大量的固體顆粒，這些固體顆粒對鋼球和閥座的流道口造成強(qiáng)烈的沖刷，甚至穿過流道口進(jìn)入密封面，就能對密封面造成致命性的破壞。
對于這種情況導(dǎo)致的閥門返修情況占了維修量的20%以上。英密封球閥的鋼球和閥座密封面要求很高，一旦劃痕超過0.1mm，基本上就沒有再研磨利用的可能，使用一旦出現(xiàn)這種情況，往往就是球座同時報廢．所以應(yīng)盡量把這種情況減少到zui低。
將閥座密封面兩側(cè)修出兩個階梯，即為“雙刮刀“結(jié)構(gòu)，兩側(cè)的階梯就像兩把刮刀，在鋼球啟閉的過程中，可以有效的刮除吸附在鋼球上的固體顆粒，避免其進(jìn)入密封面。當(dāng)然，這種閥座一般僅用于工況固體顆粒較多的情況，對于水、汽介質(zhì)，刮刀結(jié)構(gòu)減小閥座強(qiáng)度，且增加加工成本，沒必要。
1.1.3閥座壓環(huán)的調(diào)節(jié)作用
前文分析了彈簧的調(diào)節(jié)作用，彈簧的彈性與壓縮量是呈線性或者二次曲線函數(shù)關(guān)系的，且有效值范圍很短，所以僅僅在極細(xì)微小的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)閥門出現(xiàn)泄漏而且比壓力高出標(biāo)準(zhǔn)或者低于標(biāo)準(zhǔn)閥位較大時，需要通過安裝在閥座后面的閥座壓環(huán)厚度來調(diào)節(jié)。
1.2扭力值過大
經(jīng)統(tǒng)計，密封面泄漏在故障總量中占到20%，而扭力過大問題，在故障中至少占40%的幾率．硬密球閥由于其特殊的密封機(jī)理，扭力本來就比同規(guī)格軟密封球閥要大3－4倍，在泥濘，粉塵等吸附能力*的介質(zhì)工況下，固液混合物吸附在鋼球和閥座密封面的外部，造成鋼球啟閉時扭力極大，甚至出現(xiàn)“卡死“現(xiàn)象，如果強(qiáng)行啟閉，甚至造成閥桿扭壞。
目前并沒有找到完善的解決辦法．大多數(shù)情況都是拆卸維修，刮除泥漿。預(yù)防方面，可以從以下幾個方面著手：
?、?ldquo;雙刮刀”結(jié)構(gòu)，刮除泥漿，遠(yuǎn)離密封面。
?、诹鞯揽谛螤畋M量做成流線型，棱角處更容易積聚泥沙。
?、鄄捎米詣域?qū)動器驅(qū)動，一是加快啟閉速度，減少泥漿沖蝕、黏附密封面時間。二是安全作用，因?yàn)轵?qū)動器的扭力是有上限的，當(dāng)鋼球卡死，不至于強(qiáng)行扭壞閥桿或割傷密封面。
2結(jié)語
綜上所述，硬密封球閥生產(chǎn)精度要求高，工況惡劣，要想使硬密封球閥能夠少出故障，保持較長壽命，需要把握以下幾個方面：
①設(shè)計、選型要結(jié)合實(shí)際工況，選擇合適的材料，結(jié)構(gòu)。
?、谏a(chǎn)過程要嚴(yán)格把握精度，出廠做好每一步測試。
?、凼褂眠^程中要嚴(yán)格按照產(chǎn)品生產(chǎn)說明書。
?、艹Ｗ鰴z查維護(hù)，如果出現(xiàn)問題及時維修或更換，以免出現(xiàn)安全事故。
硬密封球閥在目前石油，化工等行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，也逐步朝著大規(guī)格、高壓力的方向前進(jìn)，在實(shí)際的生產(chǎn)的使用中，還會遇到各種問題需要解決，相信每一個閥門行業(yè)的工作者都會感到充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇。