防固体颗粒防冲刷的半球阀

吴寿敬，王靖疆，张海兰，苏 方，丁 新，林 超，卢再望，叶超超

（1.浙江伯特利科技股份有限公司，浙江 温州325105；2.浙江威隆建设工程有限公司，浙江 温州325024；3.超达阀门集团股份有限公司，浙江 温州325105）

1 概述

防固体颗粒防冲刷的半球阀是一种工艺切断阀，主要针对管道内有较高硬度的颗粒状介质及高冲刷性工艺特点开发的。由于煤化工、多晶硅等行业，主要原料为颗粒状的煤渣煤粉、含硅等较硬颗粒介质。在频繁动作下，极易对密封面及阀体流道造成损害，且固体颗粒介质容易在阀腔底部造成沉积，形成堵塞卡死等现象。该种阀门与普通的球阀相比，对高流速、固体颗粒介质工况下阀腔沉积及对密封面冲刷的问题做了针对性的设计和解决方案。可有效避免阀门卡死所造成的危险情况，提高了阀门使用寿命，保证设备生产运行及操作安全。

根据该特点已经申请相关专利，专利号为ZL 2017 2 1056785.X。

2 应用背景分析

中国是一个“多煤，缺油，少气”的国家，煤既是能源，又是重要的化工原料。作为化工原料，煤可制乙烯、甲醇、氢等，而这些化工生产均需先将煤气化。煤气化过程中所需的介质具有流速高、颗粒化等特征，在这些粉末介质或固体颗粒传输管线中多处需要用阀门进行切断和调节，现有的这种管线切断技术常常采用盘阀和“O”型锁渣阀（包括单座球阀）来切断和导通。盘阀和“O”型锁渣阀都具有较大的空腔，并通过较小的空隙与阀门通道连通，虽然空腔能在一定时间内满足物料堆积和停滞的空间要求，但是随着时间的增长，由于空腔与阀门通道之间连通空间太小，物料将无法排出腔室而越积越多，最终导致阀门无法正常运行，从而造成关不住或不能完全打开的故障，甚至由于阀座卡住造成阀座预紧压力陡升使阀门扭矩迅速上升，最终导致阀杆扭断。因此，改进防堵塞耐冲刷的阀门装置技术已经到了迫在眉睫的境地。

根据以上背景，结合生产实际开发的新产品，可有效解决上述问题，因此，防固体颗粒防冲刷的半球阀的市场前景可观，是具有前瞻性的技术开发。

3 结构特点

防固体颗粒防冲刷的半球阀如图1 所示，主要由阀体、阀盖、阀杆、阀座、弹簧组件、支撑座、半球体、及驱动装置等组成，阀体上安装有阀座组件，阀座通过弹簧组件预紧与半球体对应配合，半球体的上方和下方整体连接阀杆和下轴，下端固定在阀体上，上端固定在阀盖上，阀盖通过连接固定在阀体上，半球体沿着下轴和阀杆的同轴中心线进行旋转动作。

图1 防固体颗粒防冲刷的半球阀结构图

阀体的通径尺寸和半球体的内球面直径尺寸相同，形成全尺寸介质通径。阀体的一端设有介质进口端，阀体一侧为进口端尺寸与连接管道内径一致，进口处开始收缩口径，形成喇叭口结构。采用半球阀设计，保证阀后腔可以和阀门通道完全连通，利用介质流速，使阀门内腔介质完全排出。

阀座和半球体之间一直密封不脱落，保证阀座和半球体之间的密封面不进入介质颗粒，从而保证阀座和半球体不受损伤。阀座和半球体末端有尖锐突出部分，可以刮落粘在密封面上的颗粒状介质。

阀门入口通道采用喇叭式结构，保证介质冲击力不在阀座密封面上，保证阀座的耐冲刷性。

球体边缘采用与阀座平行的结构，保证阀门开启瞬间具有较大的通道，克服介质在高流速、低开度下对阀门的冲刷。

4 工作原理

通过半球形的设计来连接阀门空腔处和通道，增加了介质物料沉积的排出通道面积，有效防止物料滞留在阀腔内部。由于内腔面积较大，防止了半球体在开闭过程中受到挤压，增加了阀门开关动作的可靠性。

鉴于半球阀设计，通过阀门内腔的大面积通道，及时排除阀体内腔的介质，内腔流通如图2 所示。

图2 内腔流通图

阀座密封面与半球体之间始终不脱落，可以防止固体颗粒介质进入密封面，阀门开位或者关位时阀座密封面结构如图3 所示。

图3 进口端汇流结构

阀门进口端喇叭口设计，将介质流体方向聚拢汇流到流道中间，避免冲刷阀座密封面。

半球体终端和阀座终端有尖锐突出部分，可以刮落沾在密封面上的固体颗粒介质。关闭结束或开启瞬间，阀座密封面与球体之间形成一个大通道，可以保证阀门小开度大流量的特性。

5 结论

防固体颗粒防冲刷的半球阀通过独特的内腔设计，利用介质流速，自然排出堆积的介质。保持阀座和半球体之间的密封及刮刀设计，避免了固体颗粒进入阀座密封面后造成的磨损。喇叭口进口端汇流设计又能有效防止介质对主要密封件及流道的冲刷。所述结构，对阀门流道、阀座密封面、弹簧组件等主要部件起到很好的保护作用，可有效保证阀门安全运行，提高了阀门的使用寿命，降低了系统后期维护和使用成本，消除了生产安全隐患。