金屬密封球閥閥座密封結(jié)構(gòu)的分析
金屬密封球閥具有耐高溫，耐磨損，耐沖蝕，流阻小，開關(guān)迅速，使用壽命長和可靠性高等優(yōu)點，廣泛用于煤化工、多晶硅、精細化工、石油化工、冶金、電力、礦山等行業(yè)。隨著工況介質(zhì)從單相流到多相流，氣固型和液固型等二相流介質(zhì)的增多，促進了金屬密封球閥閥座與閥體密封結(jié)構(gòu)的多樣化。不同的工況設(shè)計使用不同的密封結(jié)構(gòu)，既能解決適應(yīng)不同工況介質(zhì)要求，又能解決閥門開啟扭矩大，特別是在高溫情況下材料膨脹引起閥門扭矩大的問題，保證閥座與閥體間的密封，從而保證閥門的密封。本文介紹幾種浮動球球閥和固定球球閥閥座密封結(jié)構(gòu)，密封機理以及適用的工況和使用環(huán)境。
2 浮動球球閥閥座密封
2.1 常溫對稱型
（1）O形圈密封
常溫對稱型O形圈密封閥座（圖1）為左右閥座對稱的雙向密封結(jié)構(gòu)，該密封結(jié)構(gòu)主要由閥座、球體、O形圈和碟形彈簧等組成。此結(jié)構(gòu)解決了部分軟密封球閥用于調(diào)節(jié)工況時出現(xiàn)的問題。如滲透性較強的二甲苯介質(zhì)等輸送時需要進行調(diào)節(jié)，而常規(guī)軟密封球閥在球體經(jīng)常處于半開狀態(tài)時，軟閥座容易出現(xiàn)印痕，甚至磨損拉傷，導致介質(zhì)泄漏。采用金屬閥座后，通過噴涂、研磨和精加工等技術(shù)保證了密封面之間的密封性能。O形圈則保證了閥座背部的密封。O形圈密封閥座一般適用溫度-29～200℃。
圖1 常溫對稱型O形圈密封閥座
（2）石墨環(huán)密封
常溫對稱型石墨環(huán)密封閥座（圖2）為左右閥座對稱的雙向密封結(jié)構(gòu)。該密封結(jié)構(gòu)主要由閥座、球體和石墨環(huán)等組成，此結(jié)構(gòu)主要用于煤灰渣漿，耐鹽酸、鐵鹽等腐蝕性介質(zhì)、耐煤灰渣漿顆粒沖蝕磨損等工況。在金屬閥座背部安裝石墨環(huán)，由左右閥體壓緊使石墨環(huán)變形保證閥座背部密封。石墨環(huán)密封閥座適用溫度-29～200℃。
圖2 常溫對稱型石墨環(huán)密封閥座
2.2 中溫對稱型石墨環(huán)密封
中溫對稱型石墨環(huán)密封閥座（圖3）為左右閥座對稱雙向密封結(jié)構(gòu)。此密封結(jié)構(gòu)主要由閥座、球體、石墨環(huán)和碟形彈簧等組成。閥座背部由石墨環(huán)保證密封。此結(jié)構(gòu)在多晶硅、石油化工、硅粉和催化劑等介質(zhì)工況得到較好的運用。因為石墨環(huán)高溫時膨脹的方向?qū)嚎s量影響較大，所以該結(jié)構(gòu)一般適用溫度-29～400℃。
圖3 中溫對稱型石墨環(huán)密封閥座
2.3 高溫單向金屬密封
高溫單向金屬密封（圖4）閥座為金屬單向密封結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要由球體和固定閥座等組成。閥座放置在出口端，采用特殊工藝，保證了與閥體之間密封。閥門進口端一般采用浮動閥座，利用碟形彈簧提供了閥門的預(yù)緊密封壓力，從而保證球體與固定閥座之間的密封性能。此結(jié)構(gòu)適用于介質(zhì)不允許接觸石墨的環(huán)境，及多晶硅、石油化工和冶金等行業(yè)。因為高溫狀態(tài)下金屬的膨脹系數(shù)較小，該結(jié)構(gòu)適用溫度-29～538℃。
圖4 高溫單向金屬密封閥座
2.4 高溫單向壓圈固定式密封
高溫單向壓圈固定式密封閥座（圖5）為金屬單向密封閥座，該結(jié)構(gòu)主要由球體、閥座、螺釘和壓圈等組成。固定式壓圈放置在閥門出口端，采用壓圈固定閥座在閥體上，閥體與閥座采用配磨工藝，保證了閥體與閥座之間的密封性能。此結(jié)構(gòu)適用于介質(zhì)不允許接觸石墨的環(huán)境，如石化、化工、電站、鋼鐵和水處理等行業(yè)的高溫、腐蝕性和磨損性的氣體、液體和漿料等介質(zhì)。此結(jié)構(gòu)適用溫度-29～538℃。
圖5 高溫單向壓圈固定式密封閥座
2.5 高溫單向石墨環(huán)密封
高溫單向石墨環(huán)密封閥座（圖6）為單向密封結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要由球體、閥座、碟形彈簧和石墨環(huán)等組成?？刂剖h(huán)尺寸，使其高溫膨脹的范圍較小。該結(jié)構(gòu)運用在石化、化工、電站和水處理等行業(yè)的高溫、腐蝕性和磨損性的氣體、液體和漿料等介質(zhì)工況，特別是氣體攜帶硅粉等顆粒的工況，由于閥座背部石墨環(huán)的密封性能，避免了泄漏引起的沖刷導致閥座等零件快速損壞。在實際的使用過程中，也取得了較好的效果。該結(jié)構(gòu)適用溫度-29～538℃。
圖6 高溫單向石墨環(huán)密封閥座
3 固定球球閥閥座密封
3.1 常溫O形圈
常溫O形圈密封閥座組件（圖7）主要由球體、閥座、碟形彈簧和O形圈等組成，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，背部密封性能好，但是不具備防火功能。此結(jié)構(gòu)適用溫度-29～200℃，且為不要求防火功能的工況。
圖7 常溫O形圈密封閥座
3.2 中溫石墨環(huán)密封
中溫石墨環(huán)密封閥座組件（圖8）主要由球體、閥座、碟形彈簧和石墨環(huán)等組成。閥座由碟形彈簧壓緊石墨環(huán)提供預(yù)緊力保證密封性能。此結(jié)構(gòu)在多晶硅、石油化工、硅粉和催化劑等工況介質(zhì)下得到較好的運用。受石墨膨脹影響，適用溫度-29～400℃。
圖8 中溫石墨環(huán)密封閥座
3.3 高溫石墨環(huán)密封
高溫石墨環(huán)密封閥座組件（圖9）主要由球體、閥座、碟形彈簧和石墨環(huán)等組成。此結(jié)構(gòu)將石墨環(huán)放置在閥座背部，且石墨環(huán)高溫膨脹的方向與碟形彈簧產(chǎn)生力的方向不在一條線上，而是錯位或者垂直，即石墨環(huán)膨脹量不影響碟形彈簧的壓縮量。這樣既解決了高溫閥座背部的密封問題，又解決了高溫時球體和閥座卡阻問題。該結(jié)構(gòu)適用于石化和化工介質(zhì)等工況，特別適用于氣體攜帶硅粉等顆粒的工況，使用溫度-29～538℃。
圖9 高溫石墨密封閥座
3.4 防火型密封
常溫和高溫防火型閥座密封組件（圖10）主要由球體、閥座、碟形彈簧、O形圈、石墨環(huán)等組成。該結(jié)構(gòu)通過石墨環(huán)增加了防火功能。當O形圈在失火狀態(tài)燒毀時，閥座背部由石墨環(huán)密封。該結(jié)構(gòu)一般適用于渣水和灰水等含有顆粒介質(zhì)的工況，且溫度一般在-29～200℃。
圖10 常溫防火型密封閥座
將圖10中O形圈換成石墨環(huán)，形成兩道石墨環(huán)密封閥座（圖11）。調(diào)整后的結(jié)構(gòu)同樣適用于渣水和灰水等含有顆粒介質(zhì)的工況，使用溫度-29～538℃，運用范圍更廣泛。
圖11 高溫防火型密封閥座
4 結(jié)語
采用不同的閥座密封結(jié)構(gòu)，可以滿足不同工況要求，使閥門在高溫、高壓、沖蝕和磨損等環(huán)境能夠正常運行。
