硬密封球阀技术类故障分析及解决方式

硬密封球阀在使用工况中比软密封球阀要严苛很多，高温、强腐蚀以及粉尘、颗粒、泥浆等介质对硬密封球阀的持续使用造成了相当大的障碍问题。在硬密封球阀的使用过程中，常常因为工况或者人为的原因导致阀门出现故障而被迫进行维修。
　　
　　了解阀门故障产生的原因，并找到预防故障的方法，对于阀门行业工作者和产品使用者来说，都是必要且有效的。
　　
　　我公司技术研究人员特根据市场用户使用球阀过程中普遍出现的硬密封球阀问题进行分析。并拓展硬密封球阀产品设计及附属配备应注意的问题，且提出改善的方向。
　　
　　从产品的使用角度来分类，硬密封球阀故障大致可以分为以下两类：非技术类故障以及技术类故障。那么本文则要介绍硬密封球阀技术类故障的分析和解决方案；
　　
　　1技术类故障
　　
　　上一则文章所讲述的非技术类故障都是人为因素造成的，来源于主观原因，如果是足够谨慎或者经验足够丰富，是完全可以避免的，其故障产生原因与阀门内部结构并无关系。
　　
　　而所谓的技术类故障。顾名思义，它是由于目前硬密球阀的技术还不够完善造成的，很多时候我们只能尽量去减小它所带来的影响，而很难彻底消除。当然，如果一个使用寿命为3个月的硬密封球阀，经过故障排除或者预防，能够将寿命延长至半年，那即使故障不能彻底杜绝，也已经可以被认为是成功的。
　　
　　1.1密封面破坏引起的泄漏
　　
　　对于球阀，甚至对于阀门来说，密封面都是影响整个阀门工作的最重要部位。从球阀的工作原理来看，球阀是启闭件，其操作过程是钢球在阀座上开启或者关闭的过程，如果在开启或者关闭的过程中造成密封面的破坏，那密封面处就可能泄露，造成阀门的内漏，阀门即为失效。
　　
　　1.1.1阀座弹簧的合理选用
　　
　　硬密封球阀与软密封球阀的最大区别在于，钢球与阀座都是金属材料，不同于软密封钢球是金属，而阀座是非金属。因此，密封机理也有所不同，软密封球阀密封原理是：钢球与阀座之间的密封力导致非金属阀座发生形变，将阀座与钢球之间凸凹不平的线接触转变成接触，同时软密封阀座被挤压变形后，与钢球表面进一步契合，补偿钢球表面的凸凹不平处，如果钢球与阀座的挤压变形大一些或小一些，对密封性能影响不大；而硬密封球阀的密封原理是，钢球与阀座之间的密封力很难使金属阀座发生形变，因此，需要用更大的密封力（相较于软密封球阀来说）来使阀座密封面产生形变，从而达到钢球和阀座的契合，从而达到密封，但这种形变仅仅是细微的，如果钢球阀座的挤压力稍有变化，则可能无法密封。从两种机理的不同不难得出两个结论：特技阀门
　　
　　一、硬密封球阀钢球和阀座间挤压力更大；
　　
　　二、硬密封球阀对于密封的调节功能要弱于软密封球阀。
　　
　　由于硬密封球阀钢球和阀座间挤压力更大，在球阀进行启闭转换时，金属钢球和金属阀座之间产生滑动摩擦，根据材料力学可以得知，硬度相近的金属间进行滑动摩擦很可能会拉伤密封面（在密封面产生划痕）。在硬密封球阀中，一般采用在阀座后加弹簧（碟簧或柱簧）来对比压力进行微调。这样，一定程度上使密封力在一定范围内，都能达到密封。
　　
　　1.1.2工况原因造成的密封面泄漏
　　
　　事实上，对于硬密封球阀的作用，造成最大的困扰不是技术上的问题，即使设计的足够精密，在实际使用过程中，仍然会处一些问题，这种问题一般出现在煤化工行业，多晶硅行业，这些工况的共同特征是，介质不是由单一的气体或液体组成，其中有大量的固体颗粒，这些固体颗粒对钢球和阀座的流道口造成强烈的冲刷，甚至穿过流道口进入密封面，就能对密封面造成致命性的破坏。
　　
　　对于这种情况导致的阀门返修情况占了维修量的20%以上。英密封球阀的钢球和阀座密封面要求很高，一旦划痕超过0.1mm，基本上就没有再研磨利用的可能，使用一旦出现这种情况，往往就是球座同时报废．所以应尽量把这种情况减少到最低。
　　
　　将阀座密封面两侧修出两个阶梯，即为“双刮刀“结构，两侧的阶梯就像两把刮刀，在钢球启闭的过程中，可以有效的刮除吸附在钢球上的固体颗粒，避免其进入密封面。当然，这种阀座一般仅用于工况固体颗粒较多的情况，对于水、汽介质，刮刀结构减小阀座强度，且增加加工成本，没必要。
　　
　　1.1.3阀座压环的调节作用
　　
　　前文分析了弹簧的调节作用，弹簧的弹性与压缩量是呈线性或者二次曲线函数关系的，且有效值范围很短，所以仅仅在极细微小的范围内进行调节。当阀门出现泄漏而且比压力高出标准或者低于标准阀位较大时，需要通过安装在阀座后面的阀座压环厚度来调节。
　　
　　1.2扭力值过大
　　
　　经统计，密封面泄漏在故障总量中占到20%，而扭力过大问题，在故障中至少占40%的几率．硬密球阀由于其特殊的密封机理，扭力本来就比同规格软密封球阀要大3－4倍，在泥泞，粉尘等吸附能力超强的介质工况下，固液混合物吸附在钢球和阀座密封面的外部，造成钢球启闭时扭力极大，甚至出现“卡死“现象，如果强行启闭，甚至造成阀杆扭坏。
　　
　　目前并没有找到完善的解决办法．大多数情况都是拆卸维修，刮除泥浆。预防方面，可以从以下几个方面着手：
　　
　　①“双刮刀”结构，刮除泥浆，远离密封面。
　　
　　②流道口形状尽量做成流线型，棱角处更容易积聚泥沙。
　　
　　③采用自动驱动器驱动，一是加快启闭速度，减少泥浆冲蚀、黏附密封面时间。二是安全作用，因为驱动器的扭力是有上限的，当钢球卡死，不至于强行扭坏阀杆或割伤密封面。
　　
　　2结语
　　
　　综上所述，硬密封球阀生产精度要求高，工况恶劣，要想使硬密封球阀能够少出故障，保持较长寿命，需要把握以下几个方面：
　　
　　①设计、选型要结合实际工况，选择合适的材料，结构。
　　
　　②生产过程要严格把握精度，出厂做好每一步测试。
　　
　　③使用过程中要严格按照产品生产说明书。
　　
　　④常做检查维护，如果出现问题及时维修或更换，以免出现安全事故。
　　
　　硬密封球阀在目前石油，化工等行业应用越来越广泛，也逐步朝着大规格、高压力的方向前进，在实际的生产的使用中，还会遇到各种问题需要解决，相信每一个阀门行业的工作者都会感到充满挑战和机遇。