（2）球體表面硬度高　煤粉顆粒的硬度較高，此工況情形下，在閥門關(guān)閉的狀態(tài)時要求球體表面硬度層有較高的硬度，否則，當(dāng)閥門開啟的過程中會有煤粉顆粒鑲嵌在球體表面上，從而破壞球體表面，以到于影響到閥門的整體密封性能。

（3）噴焊層結(jié)合強(qiáng)度高　煤粉在管線中的流動速度很快，因此要求球體密封面有較高的硬度和強(qiáng)度，同時還要求所噴焊的密封材料和基體材料有較高的結(jié)合強(qiáng)度，以及基體材料本身的強(qiáng)度較好，這樣噴焊層才不能從基體表面脫落，而失去密封性能。

（4）自潔功能　煤漿的吸附性較強(qiáng)，容易粘在球體表面上。在閥門啟閉過程中，介質(zhì)顆粒被帶到閥座與球體的密封面之間，破壞了球體與閥座之間的密封副，從而影響閥門的密封性能，使閥門的使用壽命大大縮短。這就要求閥門具有很好的“自潔”功能，從而保證球體和閥座密封副不被破壞。

（5）加工難　由于水煤漿工況用硬密封球閥的密封表面均采用超硬材料或表面硬化處理，用普通刀具無法加工，即使能加工其加工精度也不能滿足要求，同時還要求加工設(shè)備具有足夠的強(qiáng)度，因此選擇合適的刀具非常重要。

三、解決方法

根據(jù)上述技術(shù)難點(diǎn)，要設(shè)計和制造出相應(yīng)水煤漿工況用硬密封球閥，就有切合實(shí)際的可行性解決方法。

（1）閥座碟形彈簧補(bǔ)償結(jié)構(gòu)　由于采用金屬材料作為密封面，所需密封比壓比軟密封要高得多，從結(jié)構(gòu)設(shè)計上保證提供適當(dāng)密封比壓顯得尤為重要。所以采用“彈簧+閥座”的組合閥座結(jié)構(gòu)，通過高負(fù)載碟形彈簧提供初始預(yù)緊密封比壓。考慮到高溫時金屬材料的線性膨脹影響，采用碟形彈簧串聯(lián)的組合設(shè)計方式，這樣即滿足了碟形彈簧所提供的初始預(yù)緊力，同時又解決了由于熱膨脹所造成過大摩擦力矩的情形。這樣既能滿足閥門在低壓情況下的密封性能，又能提供一個較高的密封剪切力，使閥座與球體始終緊貼在一起，在球閥開啟、關(guān)閉的過程中閥座對球體表面起到“清潔”的作用。另外，在閥座的前、后都增加了“刮削刀刃”的設(shè)計，使閥門在開啟或關(guān)閉的過程中，閥座刀刃都對球體表面吸附物起到刮削作用，從而不到于把介質(zhì)帶入密封副之間破壞密封面，影響整體球閥的密封性能。

（2）特殊的加工工藝　零件的加工精度對密封的可靠性提高也起到關(guān)鍵性作用，尤其對球體和閥座的加工要求顯得更為重要。球體噴涂WC前后都須用專用球面磨床磨削。閥座堆焊后，采用數(shù)控機(jī)床加工。當(dāng)球體和閥座達(dá)到一定精度要求時，兩者進(jìn)行配對研磨。

（3）密封副配對材料　密封副材料配對的選擇直接關(guān)系到閥門的性能、使用壽命和操作扭矩。根據(jù)熱處理?xiàng)l件，以及機(jī)械加工手段。選擇球體表面噴焊鎳基WC與閥座密封面堆焊STL合金的形式較為理想。這種配對使球體表面噴焊層硬度和厚度有保證，能滿足高溫、高壓以及頻繁開啟的應(yīng)用場合。該配對由于采用了不同的配對材料，及鎳基合金本身具有高的耐磨性和較好的高溫性能，以及閥座密封面堆焊STL合金層較厚，抗咬性好。適用于輸送腐蝕性強(qiáng)、溫度高及帶顆粒的漿料、粉末等惡劣工況的介質(zhì)。同時還解決了由于頻繁開啟而造成密封面之間的磨損。

四、設(shè)計計算

球閥結(jié)構(gòu)為固定式進(jìn)口端密封形式。此結(jié)構(gòu)關(guān)閉時，填料和大部分閥體不受內(nèi)壓載荷，在加壓一側(cè)不形成積液區(qū)。以10in.（250mm）-900lb球閥為例進(jìn)行密封比壓、總摩擦扭矩、碟形彈簧負(fù)荷的計算。

①根據(jù)相關(guān)計算和驗(yàn)算數(shù)據(jù)可得qMF<q<〔q〕可以實(shí)現(xiàn)球體與閥座之間的金屬密封。

②根據(jù)總摩擦扭矩MF以及相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定，可以選擇相應(yīng)的手動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。同時可以對閥桿強(qiáng)度、剪切力以及鍵的長度和數(shù)量的選取進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)算。

③單個碟簧的變形量f以及串聯(lián)碟簧組合的關(guān)系，可知總的變形量。并可以計算出球閥沿流道方向上尺寸鏈的關(guān)系，從而確定相關(guān)設(shè)計參數(shù)。

④根據(jù)相關(guān)設(shè)計驗(yàn)算，可以對法蘭螺栓進(jìn)行強(qiáng)度以及數(shù)量的驗(yàn)算，從而確定端法蘭和上、下法蘭螺栓數(shù)量以及螺栓直徑，以及有關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（如：端法蘭ASMEB16.5、結(jié)構(gòu)長度ASMB16.10等），終完成相關(guān)圖紙設(shè)計。

五、結(jié)論

通過熱態(tài)工況試驗(yàn)及實(shí)際使用證明，水煤漿工況用硬密封球閥適用于介質(zhì)為含有大量泥砂的高壓原油的采油、輸送始端，煉油廠中的原油提煉、渣油加氫、焦化工藝等高溫高壓系統(tǒng)，乙烯項(xiàng)目中介質(zhì)為聚合物顆粒的工況，有機(jī)硅項(xiàng)目中高硬度顆粒介質(zhì)工況，造紙行業(yè)中含纖維介質(zhì)工況，煤炭化工行業(yè)中及水煤漿氣化合成化肥項(xiàng)目中的部分裝置上。