耐磨渣浆阀的设计

    1 概述

    在矿山的磁选、微选、尾矿等液固、气固两相介质输送系统及钢厂、电厂的除灰系统中，介质一般为渣浆或灰粉，不仅其形状为多棱形，而且还具有一定的粘性，有的甚至还有一定的腐蚀性。由于介质中的渣浆或灰粉颗粒，对所用阀门的阀座和闸板密封面有较大的磨损与擦伤。因此要求该系统中阀门的闸板、阀座密封面和主要零件必须具有较高的耐磨、耐擦伤性。针对特殊工况，开发了一种新型耐磨渣浆阀。该系列阀门主要适用介质为矿浆、干灰、料水混合物、泥浆和水泥混合物等，公称压力≤6.4MPa，使用温度≤300℃。

1.填料 2.压圈 3.阀座 4.闸板 5.副阀体 6.碟簧 7.垫片

8.O形圈 9.主阀体 10.阀盖 11.阀杆 12.支架 13.传动装置

图1 耐磨渣浆阀

    2 结构特点

    耐磨渣浆阀采用敞开式插板结构，全通径设计，阀门开启后与管道形成一完整的直线通道，灰渣无残留、附着或堆积。阀门启闭灵活，不堵塞，不积渣，流程畅通。

    闸板带导流孔，无论是全开或是全关始终与密封面吻合，避免了介质对密封面的冲蚀、磨损和擦伤，保护了阀门密封面，提高了阀门的使用寿命。闸板基材表面喷焊钴基硬质合金，硬度>55HRC，耐腐蚀，耐冲刷，耐磨损，耐擦伤。阀座基体上包覆特种耐磨类高分子材料，只需较小的密封比压即可实现完全密封。超宽密封面（常规阀门密封面宽度的3~5倍）与软/硬密封面材料的有机结合（图2），保证了阀门密封的可靠性及超长的使用寿命。

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图2 阀座及阀门密封结构

    阀门关闭后，介质不会进入中腔（双截断）。阀门在全开或全关时，均可对中腔进行排放（双排放）。碟簧预压及自动补偿，形成双面强制密封，不会造成阀门中腔积灰和堵塞，使阀门启闭不发生卡阻。同时，由于密封面的紧密贴合，阀门具有自清洁功能，即阀座圈能刮擦闸板两侧，阻止闸板结垢。

    由于热膨胀或其他原因，导致阀体中腔异常升压（压力大于管道压力）时，在中腔压力作用下，进口阀座推向凹槽，阀体中腔压力将由阀座与闸板之间泄放到管道中（图3）。

图3 阀门中腔泄压结构

    阀体为三段式结构，安装和维护方便，能快捷地更换易损件，从而延长阀门的使用周期。

    3 主要零件材料

    耐磨渣浆阀主要零件材料见表1。

    4 计算和验算

    壳体壁厚与阀杆直径按GB/T12234或API600选取。

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    4.1 闸板

    闸板采用带导流孔式（图4）。闸板A-A截面拉应力σ_L、截面压应力σ_Y、截面弯曲压应力σ_W为

表1 主要零件材料

图4 闸板

    式中

    σ_L--闸板A-A截面拉应力，MPa

    σ_Y--闸板A-A截面压应力，MPa

    σ_W--闸板A-A截面弯曲应力，MPa

    Q_FZ'--关闭时阀杆轴向总力，N

    Q_FZ'--开启时阀杆轴向总力，N

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    S_b--闸板厚度，mm

    L₁--闸板宽度，mm

    DN--公称通径，mm

    Q_MJ--密封面处介质作用力，N

    Q_MT--弹簧预紧力，N

    当σ_L≤[σ_L]，σ_Y≤[σ_Y]，σ_W≤[σ_W]时，闸板强度合格。

    4.2 阀座密封面宽度

    阀座密封面包覆特种耐磨类高分子材料，其硬度约为95A。设计时视同中等硬度橡胶。阀座密封面许用比压[q]=5.0MPa。阀座密封面必须比压q_MF和计算比压q为

    在实际计算中，阀座密封面宽度b_M的确定要通过多次设定计算才能得到一个较为合理的数据。新型耐磨渣浆阀为软硬组合实现密封，由于特种耐磨类高分子材料为软性材料，只需很小的密封比压即能实现密封。此类阀座密封面计算比压q值确定为1～1.5MPa较为合适。

    密封面比压满足条件为

    将确定的q值和查得的[q]值代入式（4），即得到阀座密封面宽度b_M。

    式中

    b_M--阀座密封面宽度，mm

    P--设计压力，MPa

    5 结语

    新型耐磨渣浆阀采用特种耐磨类高分子材料，以软硬密封材料搭配，辅以超宽密封面设计，较好的满足了矿浆、干灰和料水混合物工况条件对阀门的苛刻要求。阀门密封性能可靠，耐磨、耐擦伤性能好，使用寿命长。较传统排渣阀、刀闸阀使用寿命提高5～10倍。