防固體顆粒防沖刷的半球閥

吳壽敬，王靖疆，張海蘭，蘇 方，丁 新，林 超，盧再望，葉超超

（1.浙江伯特利科技股份有限公司，浙江 溫州325105；2.浙江威隆建設工程有限公司，浙江 溫州325024；3.超達閥門集團股份有限公司，浙江 溫州325105）

1 概述

防固體顆粒防沖刷的半球閥是一種工藝切斷閥，主要針對管道內有較高硬度的顆粒狀介質及高沖刷性工藝特點開發的。由于煤化工、多晶硅等行業，主要原料為顆粒狀的煤渣煤粉、含硅等較硬顆粒介質。在頻繁動作下，極易對密封面及閥體流道造成損害，且固體顆粒介質容易在閥腔底部造成沉積，形成堵塞卡死等現象。該種閥門與普通的球閥相比，對高流速、固體顆粒介質工況下閥腔沉積及對密封面沖刷的問題做了針對性的設計和解決方案。可有效避免閥門卡死所造成的危險情況，提高了閥門使用壽命，保證設備生產運行及操作安全。

根據該特點已經申請相關專利，專利號為ZL 2017 2 1056785.X。

2 應用背景分析

中國是一個“多煤，缺油，少氣”的國家，煤既是能源，又是重要的化工原料。作為化工原料，煤可制乙烯、甲醇、氫等，而這些化工生產均需先將煤氣化。煤氣化過程中所需的介質具有流速高、顆粒化等特征，在這些粉末介質或固體顆粒傳輸管線中多處需要用閥門進行切斷和調節，現有的這種管線切斷技術常常采用盤閥和“O”型鎖渣閥（包括單座球閥）來切斷和導通。盤閥和“O”型鎖渣閥都具有較大的空腔，并通過較小的空隙與閥門通道連通，雖然空腔能在一定時間內滿足物料堆積和停滯的空間要求，但是隨著時間的增長，由于空腔與閥門通道之間連通空間太小，物料將無法排出腔室而越積越多，最終導致閥門無法正常運行，從而造成關不住或不能完全打開的故障，甚至由于閥座卡住造成閥座預緊壓力陡升使閥門扭矩迅速上升，最終導致閥桿扭斷。因此，改進防堵塞耐沖刷的閥門裝置技術已經到了迫在眉睫的境地。

根據以上背景，結合生產實際開發的新產品，可有效解決上述問題，因此，防固體顆粒防沖刷的半球閥的市場前景可觀，是具有前瞻性的技術開發。

3 結構特點

防固體顆粒防沖刷的半球閥如圖1 所示，主要由閥體、閥蓋、閥桿、閥座、彈簧組件、支撐座、半球體、及驅動裝置等組成，閥體上安裝有閥座組件，閥座通過彈簧組件預緊與半球體對應配合，半球體的上方和下方整體連接閥桿和下軸，下端固定在閥體上，上端固定在閥蓋上，閥蓋通過連接固定在閥體上，半球體沿著下軸和閥桿的同軸中心線進行旋轉動作。

圖1 防固體顆粒防沖刷的半球閥結構圖

閥體的通徑尺寸和半球體的內球面直徑尺寸相同，形成全尺寸介質通徑。閥體的一端設有介質進口端，閥體一側為進口端尺寸與連接管道內徑一致，進口處開始收縮口徑，形成喇叭口結構。采用半球閥設計，保證閥后腔可以和閥門通道完全連通，利用介質流速，使閥門內腔介質完全排出。

閥座和半球體之間一直密封不脫落，保證閥座和半球體之間的密封面不進入介質顆粒，從而保證閥座和半球體不受損傷。閥座和半球體末端有尖銳突出部分，可以刮落粘在密封面上的顆粒狀介質。

閥門入口通道采用喇叭式結構，保證介質沖擊力不在閥座密封面上，保證閥座的耐沖刷性。

球體邊緣采用與閥座平行的結構，保證閥門開啟瞬間具有較大的通道，克服介質在高流速、低開度下對閥門的沖刷。

4 工作原理

通過半球形的設計來連接閥門空腔處和通道，增加了介質物料沉積的排出通道面積，有效防止物料滯留在閥腔內部。由于內腔面積較大，防止了半球體在開閉過程中受到擠壓，增加了閥門開關動作的可靠性。

鑒于半球閥設計，通過閥門內腔的大面積通道，及時排除閥體內腔的介質，內腔流通如圖2 所示。

圖2 內腔流通圖

閥座密封面與半球體之間始終不脫落，可以防止固體顆粒介質進入密封面，閥門開位或者關位時閥座密封面結構如圖3 所示。

圖3 進口端匯流結構

閥門進口端喇叭口設計，將介質流體方向聚攏匯流到流道中間，避免沖刷閥座密封面。

半球體終端和閥座終端有尖銳突出部分，可以刮落沾在密封面上的固體顆粒介質。關閉結束或開啟瞬間，閥座密封面與球體之間形成一個大通道，可以保證閥門小開度大流量的特性。

5 結論

防固體顆粒防沖刷的半球閥通過獨特的內腔設計，利用介質流速，自然排出堆積的介質。保持閥座和半球體之間的密封及刮刀設計，避免了固體顆粒進入閥座密封面后造成的磨損。喇叭口進口端匯流設計又能有效防止介質對主要密封件及流道的沖刷。所述結構，對閥門流道、閥座密封面、彈簧組件等主要部件起到很好的保護作用，可有效保證閥門安全運行，提高了閥門的使用壽命，降低了系統后期維護和使用成本，消除了生產安全隱患。