[发明专利]一种具有弹性补偿功能的球阀金属阀座

说明书

技术领域

本发明涉及一种阀门结构，具体涉及一种硬密封球阀的金属阀座结构。

背景技术

球阀是应用非常广泛的一类阀门，具有启闭速度快、阀门开启后流阻和压损小、密封面在开启状态不会受到流动介质的冲刷、密封面关闭时有自净能力等优点。在一些特殊工况，如高温工况以及介质富含硬质颗粒时，采用工程塑料制成的阀座不能满足使用要求而需要采用金属阀座，这类硬密封球阀近年来的配套需求越来越多、应用越来越广泛，如在大容量火力发电机组中，采用金属阀座的硬密封球阀在主蒸汽、再热蒸汽疏水，对空排汽，给水、减温水隔断，炉水排汅，蒸汽超压安全泄放等方面都有较为广泛的应用。这类硬密封球阀中的一些产品，具有较为苛刻的工况使用要求：工作压力高且阀门主要处于高压差的常闭状态；启闭次数较多甚至较频繁。由于常处于高压差的关闭状态，因此对阀门有很高的密封要求，因为阀门一旦有泄漏将很快会对密封面形成较严重的冲刷破坏，有些使用工况下发生泄漏后还会产生汽蚀破坏；启闭较频繁则对阀门的使用可靠性和密封面的抗磨损抗擦伤能力提出了较高的要求。

现行的硬密封球阀产品，出口侧的金属阀座一般均采用整体式的全刚性结构(见图1)。由于这种全刚性结构的阀座对密封副的吻合性不具有任何补偿能力，因此为了使阀门在关闭后能够达到密封要求，需要使球体在加工精度包括圆度、尺寸精度等方面达到很高的要求，并需在装配前对球体和阀座密封面进行细心的配研。目前电厂所使用的这类硬密封球阀产品，能够基本满足使用要求的，主要是国外几个品牌的产品。从产品的制造以及使用方面的情况来看，这类硬密封球阀产品存在下述的几个不足之处：1、因为整体式的全刚性金属阀座本身不具有补偿能力，因此球体以及阀座的加工需要达到很高的精度，这无疑会增加制造难度和生产成本，而且机械产品的制造精度是难以无休止地提高的，再好的制造工艺和设备所加工出的零件，都会存在精度误差；2、球阀的球体和阀座密封面在启闭过程中，在垂直方向的不同高度摩擦状况是不一样的，即球体和阀座密封面的磨损是不均匀磨损；另外，尽管球体在关闭时与阀座密封面相吻合的部位装配前与阀座密封面进行了配研，但球体表面的其余部位仍然还存在一定误差，这也导致球体和阀座密封面在启闭全过程的磨损成为不均匀磨损。不均匀磨损将导致阀门在使用一段时间后密封性能下降甚至出现较严重的泄漏；3、对于中小口径的硬密封球阀来说，由于阀座的刚度大因此其对密封副的吻合性的误差不具有补偿能力，当阀门使用于高温工况时，即使阀座以及球体因高温所产生的变形是较微小的，也有可能会导致阀门出现泄漏；4、当密封副某处出现泄漏时，泄漏出的介质因体积急剧膨胀吸热会使泄漏点附近的密封面温度下降，不均衡的温度变化又会导致密封面产生不均匀变形从而加剧泄漏，这是目前高温工况下使用的安全阀乃至一些高温工况的截止阀的密封面要采用具有补偿能力的热均衡阀瓣结构的原因，对于高温工况使用的硬密封球阀来说，同样存在这一问题；5、硬密封球阀的阀座及球体在加工的后期经历过热喷涂过程---密封面超音速喷涂碳化钨，会存在一定的内应力，因此在重新进入高温状态时因应力释放而产生一定变形的几率是较大的。

一种针对现有技术所存在的上述不足之处进行改进的结构如图2所示，其所进行的改进是：在出口阀座(6)的内孔靠近密封面处设置有一环形凹槽，以便让阀座靠近密封面的部位具有一定的弹性补偿能力。从实际应用效果来看，这一结构并未能产生能够满足使用需要的补偿能力和效果，其原因在于：为了保证阀座的强度和使用可靠性，弹性槽左侧需要保持足够的厚度、槽的深度也不能过深，因此阀座弹性槽左侧靠近密封面的部位难以获得足够的弹性变形和补偿能力；另外，由于阀座的弧形密封面的靠密封面外径区域相对于弹性槽底其弯曲力臂接近为零、几乎完全不能产生变形和位移，其对球体所产生的抗力足以使球体难以产生相向的位移而使阀座密封面的内侧产生弯曲变形，因此这种结构与前述的整体式的全刚性阀座结构在使用效果上并没有明显的不同。此外，假设这种阀座结构的密封面部位受压后是能够产生弯曲变形的，但这种弯曲变形的结果将导致密封副的吻合状态恶化：面接触变成了线接触，而密封副的高比压的线接触贴合状态对硬密封球阀密封面的伤害将是致命的一球体表面喷涂的碳化钨强化层容易因此而产生破坏或剥落，导致阀门很快失效。

发明内容

为了克服现有技术和结构所存在的上述的不足之处，本发明提出了一种具有足够的弹性变形和补偿能力、能够有效改善阀门的密封性能、保持较持久的密封寿命的硬密封球阀的金属弹性阀座结构。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：