[发明专利]煤制油装备球阀的球体和阀座密封副

说明书

技术领域

本发明涉及阀门流体装备技术领域，具体是一种用于煤制油装备球阀的球体和阀座密封副。

背景技术

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—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1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。

发明内容

本发明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，本发明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。

依照本发明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。

依照本发明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。

依照本发明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。

依照本发明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。