煤制油装备球阀的球体和阀座密封副制造技术

本发明专利技术涉及一种煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，包括：球体、上游阀座和下游阀座，上游阀座和下游阀座连接，球体设置在上游阀座和下游阀座之间，下游阀座与球体通过密封副连接，球体通道上游进口直径小于下游出口直径，出口直径等于公称通径，通道总体上呈现锥形，形成一锥形角。本发明专利技术具有磨损小、使用寿命长的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及阀门流体装备
，具体是一种用于煤制油装备球阀的球体和阀座密封副。
技术介绍
球阀是以球体作为关闭件的阀门，其主要功能是切断或接通管道中的流体通道。鉴于球阀流体阻力小、开关迅速且方便而获得广泛应用。在煤制油工艺流程中，油煤浆的输送实质上是液体介质携带固体粒子流经管道和阀门，就阀门而言，这是一种浆料(液一固)以一定的角度和速度对阀门过流表面的材料进行冲蚀,使材料表面产生磨损，属浆体冲蚀磨损。常规球阀用于输送油煤浆、水煤浆以及其他含颗粒具有极端磨损特性的介质时，往往在球阀最初开启的一瞬间和最终关闭的区域，由球体通道孔和阀座通道孔相互交错构成的介质流动通道近似一个极其狭小的椭圆形。由于进口高压含颗粒介质的聚集，一旦出现介质以极高的流速通过狭小的椭圆形通道，就会对球体通道口和球体表面的密封部位及相应的阀座密封部位造成严重的冲蚀，导致球体通道口薄薄的硬质处理表面层受冲龟裂甚至破碎。浆体冲蚀作为液、固二相介质的共同作用对阀门材料表面的冲蚀磨损比较复杂，而且液相介质往往对被冲蚀材料产生腐蚀作用，所以迄今尚未建立起较为完善的理论模型，而在具体的应用场合，一般采用硬质耐磨材料或者对材料表面进行硬质涂层等强化处理等措施，以减小浆体冲蚀磨损。减小浆体冲蚀磨损除了采用耐磨材料和表面进行硬化处理外，在阀门设计中，关键问题必须对浆体介质对过流表面的冲击角度进行研究，尽管影响浆体对材料冲蚀磨损的因素很多，如冲角、冲击速度、浆体性质(固体颗粒大小、形状、浓度等)，被冲蚀材料的性能等等，但其中最为重要和有效的是控制浆体介质流对材料的冲击角。在现有球阀设计中，球体通孔就是一个直径等于公称通径的直通道。当球阀全开启时，球体通道相当于一段圆管。常规球阀用于输送油煤浆、水煤浆以及其他含颗粒具有极端磨损特性的介质时，往往在球阀最初开启的一瞬间和最终关闭的区域，由球体通道孔和阀座通道孔相互交错构成的介质流动通道近似一个极其狭小的椭圆形。由于进口高压含颗粒介质的聚集，一旦出现介质以极高的流速通过狭小的椭圆形通道，就会对球体通道口和球体表面的密封部位及相应的阀座密封部位造成严重的冲蚀。当球阀由关闭位置开始开启或关闭时，首先在球孔通道和阀座通孔交会处，形成一个双圆弧构成的微小缝隙，介质在压力的作用下，由缝隙冲出，一部分介质顺球面切线方向射入阀体腔，另一部分射向球体直通道壁面，然后绕通道壁做圆周漩流，在压力P的作用下向外流出，由于开启或关闭过程非常短暂，介质流以高速从进口与出口同样微小的缝隙，以较大的冲角直接冲向下阀座的密封面，导致下阀座密封面的快速磨损。图I和图2是阀门在由关闭转向开启不同角度时介质由球体通道进口到出口的流动状态。为减小对球体通道口和球体及相应阀座密封面的冲蚀的方法，近年来以MOGAS公司“双弧形切口 ”球体通道口设计为典型的例子，在球体通道铣切一段弧形缺口，该设计使在最初的开启瞬间，由球体通道口和阀座通道孔相互交错构成的介质流动通道面积扩大到3倍，从而使介质冲出时角度和流速得以改善，缓解了对上阀座密封面的冲蚀磨损，通过扩散流体，降低流速，从而明显减小对球体的通道孔口的冲蚀。但是在一些高温高压高固的恶劣工作环境下，该阀门的通道面积扩大倍数不能满足使用要求。实际使用过程中，球阀下游开关处关键部位被流体冲刷导致的磨损仍十分严重。同时，“双弧形切口”球体通道的加工比较困难，导致阀门的整体成本上升，价格较贵。因此，该阀门在煤制油装备上未能得到广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，以解决现有传统球阀存在磨损大、使用寿命短的技术问题。为达到上述目的，本专利技术提供一种煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，包括球体、上游阀座和下游阀座，上游阀座和下游阀座连接，球体设置在上游阀座和下游阀座之间，下游阀座与球体通过密封副连接，球体通道上游进口直径小于下游出口直径，出口直径等于公称通径，通道总体上呈现锥形，形成一锥形角。依照本专利技术较佳实施例所述的煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，该球体为浮动球。依照本专利技术较佳实施例所述的煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，该上游阀座为弹性阀座。依照本专利技术较佳实施例所述的煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，该上游阀座为浮动球阀阀座。依照本专利技术较佳实施例所述的煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，该上游阀座和下游阀座与球面的接触部分呈凹球面，凹球面半径R近似或等于球体半径。依照本专利技术较佳实施例所述的煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，该球体通道上、下游孔口位置与上、下游阀座的通孔位置一致。依照本专利技术较佳实施例所述的煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，该球体通孔上、下游孔口倒圆角rO. 5 I。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为本专利技术将球体与阀座的密封副设置在介质流动的阀下游，采用了球体内流动通道为锥形，锥形通道上游直径小于下游直径。于是当球阀从关闭到开启，在上游球体通道口阀座通道孔将构成开启，但尚未开启时，由于下游球体通道口大于上游转过的角度，球体下游通道口已经和下游阀座通孔交错构成很大的流动通道。当球体上游通道口和上游阀座构成开启瞬间的狭小的椭圆通道时，下游的流动通道已经很大。所以介质很快进入通道口，向下游流去，这时通道的流通面积平均增大几十倍(和通径、锥角大小有关)。因为下游通道口的流动面积瞬间增大很大，介质不会直接冲向下游阀座的密封面，从而保护了下游阀座和球体这对密封副的密封性能，可显著提高球阀在极端磨损条件下的使用寿命。附图说明图I为阀门转向开启约15°时介质由球体通道进口到出口的流动状态图；图2为阀门转向开启约35°时介质由球体通道进口到出口的流动状态图；图3为一种煤制油装备球阀的球体和阀座密封副的结构示意图；图4为本专利技术实施例的球体通道示意图；图5为本专利技术实施例的球体和阀座装配结构图；图6为本专利技术实施例的面对安装状态的下游阀座示意图；图7为本专利技术实施例的阀门工作原理图； 图8为本专利技术阀门转向开启约15°时介质由球体通道进口到出口的流动状态图；图9为本专利技术阀门转向开启约35°时介质由球体通道进口到出口的流动状态图。具体实施例方式以下结合附图，具体说明本专利技术。请参阅图3，一种煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，包括球体I、上游阀座2和下游阀座3，上游阀座2和下游阀座3连接，球体I设置在上游阀座2和下游阀座3之间，下游阀座3与球体I通过密封副连接，球体I通道上游进口直径小于下游出口直径，出口直径等于公称通径，通道总体上呈现圆锥形，形成一锥形角。具体地，球体I为浮动球，上游阀座2可采用弹性阀座或普通的浮动球阀阀座。根据流场仿真设计知道，当球阀由关到开的过程中，在小开度时介质进入球体通道后，沿图形通道的圆周旋转，同时在压力作用下向下游流去。这个过程时间短暂，为使介质流最终以横截面逐渐收敛的流速流向下游，且与下游阀座冲刷接触最小，所以必须改善介质在球体流动通道内的流动形态，使其对下游阀座密封部位的冲蚀最小。本专利技术将球体与阀座的密封副设置在介质流动的阀下游，采用了球体内流动通道为锥形，锥形通道上游直径小于下游直径。如图4所示，其为本专利技术实施例的球体通道示意图。球体的介质流动通道进口直径小于出口直径，出口直径等于公称通径，通道总体上呈现锥形，存在一个锥形角；介质按箭头方向进入球本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，包括球体、上游阀座和下游阀座，所述上游阀座和下游阀座连接，所述球体设置在所述上游阀座和下游阀座之间，其特征在于，所述下游阀座与所述球体通过密封副连接，所述球体通道上游进口直径小于下游出口直径，出口直径等于公称通径，通道总体上呈现锥形，形成一锥形角。2.如权利要求I所述的煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，其特征在于，所述球体为浮动球。3.如权利要求I所述的煤制油装备球阀的球体和阀座密封副，其特征在于，所述上游阀座为弹性阀座。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙乐申，孙方宏，叶柏盛，徐英华，陆军，雷学林，
申请(专利权)人：上海柏威流体控制技术有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：