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(shè)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(nèi)有較高硬度的顆粒狀介質(zhì)及高沖刷性工藝特點開發(fā)的。由于煤化工、多晶硅等行業(yè)，主要原料為顆粒狀的煤渣煤粉、含硅等較硬顆粒介質(zhì)。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(zhì)容易在閥腔底部造成沉積，形成堵塞卡死等現(xiàn)象。該種閥門與普通的球閥相比，對高流速、固體顆粒介質(zhì)工況下閥腔沉積及對密封面沖刷的問題做了針對性的設(shè)計和解決方案?？捎行П苊忾y門卡死所造成的危險情況，提高了閥門使用壽命，保證設(shè)備生產(chǎn)運行及操作安全。

根據(jù)該特點已經(jīng)申請相關(guān)專利，專利號為ZL 2017 2 1056785.X。

2 應(yīng)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(chǎn)均需先將煤氣化。煤氣化過程中所需的介質(zhì)具有流速高、顆粒化等特征，在這些粉末介質(zhì)或固體顆粒傳輸管線中多處需要用閥門進行切斷和調(diào)節(jié)，現(xiàn)有的這種管線切斷技術(shù)常常采用盤閥和“O”型鎖渣閥（包括單座球閥）來切斷和導(dǎo)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(nèi)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(dǎo)致閥門無法正常運行，從而造成關(guān)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(yù)緊壓力陡升使閥門扭矩迅速上升，最終導(dǎo)致閥桿扭斷。因此，改進防堵塞耐沖刷的閥門裝置技術(shù)已經(jīng)到了迫在眉睫的境地。

根據(jù)以上背景，結(jié)合生產(chǎn)實際開發(fā)的新產(chǎn)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(shù)開發(fā)。

3 結(jié)構(gòu)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(qū)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(yù)緊與半球體對應(yīng)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(zhuǎn)動作。

圖1 防固體顆粒防沖刷的半球閥結(jié)構(gòu)圖

閥體的通徑尺寸和半球體的內(nèi)球面直徑尺寸相同，形成全尺寸介質(zhì)通徑。閥體的一端設(shè)有介質(zhì)進口端，閥體一側(cè)為進口端尺寸與連接管道內(nèi)徑一致，進口處開始收縮口徑，形成喇叭口結(jié)構(gòu)。采用半球閥設(shè)計，保證閥后腔可以和閥門通道完全連通，利用介質(zhì)流速，使閥門內(nèi)腔介質(zhì)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(zhì)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(zhì)。

閥門入口通道采用喇叭式結(jié)構(gòu)，保證介質(zhì)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(jié)構(gòu)，保證閥門開啟瞬間具有較大的通道，克服介質(zhì)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(shè)計來連接閥門空腔處和通道，增加了介質(zhì)物料沉積的排出通道面積，有效防止物料滯留在閥腔內(nèi)部。由于內(nèi)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(guān)動作的可靠性。

鑒于半球閥設(shè)計，通過閥門內(nèi)腔的大面積通道，及時排除閥體內(nèi)腔的介質(zhì)，內(nèi)腔流通如圖2 所示。

圖2 內(nèi)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(zhì)進入密封面，閥門開位或者關(guān)位時閥座密封面結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 進口端匯流結(jié)構(gòu)

閥門進口端喇叭口設(shè)計，將介質(zhì)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(zhì)。關(guān)閉結(jié)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(jié)論

防固體顆粒防沖刷的半球閥通過獨特的內(nèi)腔設(shè)計，利用介質(zhì)流速，自然排出堆積的介質(zhì)。保持閥座和半球體之間的密封及刮刀設(shè)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(shè)計又能有效防止介質(zhì)對主要密封件及流道的沖刷。所述結(jié)構(gòu)，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(tǒng)后期維護和使用成本，消除了生產(chǎn)安全隱患。