一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀的制作方法

本发明涉及阀门，具体涉及一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀。

背景技术：

1、球阀是一种通过旋转球体来控制流体流动的阀门。球阀通常采用球体作为阀体内部的关闭件，球体上设有一个圆形孔。当孔与管道轴线对齐时，阀门处于开启状态；当球体旋转使孔与管道轴线垂直时，阀门处于关闭状态。浮动球阀是球阀的一种类型，其特点是球体在阀体内浮动，通过流体的压力来实现密封。现有的浮动球阀结构中，按照密封原理及密封面材料分为软密封球阀和硬密封球阀。随着浮动球阀所用工况的生产工艺的变化，浮动球阀的使用工况越来越苛刻，尤其在高温工况下，软密封球阀受材料特性和阀门结构影响很难适用。而常见的硬密封浮动球阀大多为单向密封阀门，只能实现下游端密封，很难实现双向密封。在实际使用中，通常要求球阀双向均能长期稳定的密封。

2、为了实现浮动球阀双向均能长期稳定的密封，当前有技术方案通过在用于密封球体和阀腔之间的阀座密封副中设置弹簧，硬密封球阀的进口端采用螺旋弹簧提供预紧力进行密封，实现可靠的双向密封。然而，这种结构的防尘效果较差，特别是当中腔介质进入弹簧孔位置时，弹簧孔堵塞，使得弹簧无法理想地提供预紧力，从而影响阀门的密封性能。针对弹簧孔容易堵塞的问题，专利cn205908796u提供了一种解决方案，通过用碟形弹簧替换螺旋弹簧，可实现阀座处的防尘密封。这种改进避免了因粉尘导致弹簧堵塞而降低阀座密封性能的情况，提高了阀门的密封性能。然而，在高温工况下频繁开关时，进口端碟形弹簧预紧力受温度和介质交替压力影响，容易发生应力松弛。尤其是在高温环境下，进口端碟形弹簧直接暴露在高温介质中，受到高温介质的腐蚀和温度的影响，弹簧的预紧力逐渐减小，导致密封不稳定或泄漏。

3、为了解决高温介质对阀球进口端碟形弹簧的直接影响，专利cn116146741a提出了一种解决方案，其将弹性元件设计在腔体内，直接避免了碟形弹簧与高温介质的接触，并通过在第一阀体座腔的上下台阶外圆分别安装有一道防尘圈，有效地阻止介质及介质中颗粒进入第一阀座与第一阀体的间隙中，使与第一阀座相抵的弹性元件提供持久的预紧力，确保阀座密封可靠。但是，这种结构仍然存在一些不足，众所周知，防尘圈是利用其弹性变形和压缩性质，当受到外部压力时，会产生变形并填充密封槽，从而形成有效的密封，但防尘圈的耐热温度取决于所选用的防尘圈材料，即使是一些特殊材料如氟橡胶（fkm）或聚四氟乙烯（ptfe）等高温材料，其耐热温度也很难达到300°c以上，因此这种结构在面对更高温度的工况时，无法满足使用需求。而将防尘圈直接替换为更耐高温的石墨填料，仅仅依靠第一阀体座腔的上下台阶的抵接力，内腔面向通道密封效果难以保障。此外，在专利cn116146741a中在第二阀座与第二阀体处，为了阻止颗粒介质进入第二阀座与第二阀体的间隙中，通过内六角螺钉提供挡圈的压紧力。虽然密封效果得到有效提升，但这种设计也导致阀球磨损后下端阀座无法对阀球进行轴向补偿，使得阀球容易偏离难以满足阀座中心，增加阀杆需要的扭矩。因此，发明人认为目前的技术方案还难以满足高温、高磨损工况下的硬密封浮动球阀的应用要求，当前浮动球阀的结构设计还存在优化空间。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，以在实现双向密封的基础上，解决上游端阀座和阀体处碟形弹簧易受高温介质的影响的问题，确保阀座密封的可靠性。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，包括具有用于介质流动通道的阀体；浮动设置在阀体内腔中的阀球，该阀球具有一个通孔；与阀球配合形成有密封面的阀座；部分附接在阀体上的阀杆，该阀杆连接阀球，旋转阀杆可驱动通孔连通或阻断通道的上游端和下游端；其中，该阀座可沿通道轴向位移，该阀座与阀体之间形成有填料函，该填料函内装有碟形弹簧和石墨填料，该石墨填料被碟形弹簧轴向挤压抵紧阀座，该阀座被碟形弹簧轴向挤压预紧贴合阀球；在上游端或/和下游填料函内还装有密封石墨填料，该密封石墨填料在碟形弹簧轴向压力下抵紧阀体，或者在填料夹紧机构的轴向压力下抵紧阀体，以在填料函靠近通道一侧的形成有效密封。

3、作为优选的实施方案，该阀座在填料函的左侧或/和右侧设有若干台阶部，该台阶部包括轴向设置的接触密封面密封面和径向设置的浮动面，其中，接触密封面密封面与阀体内壁沿着通道轴向方向往复滑动密封配合，浮动面与阀体的内侧壁之间间隙设置；这些台阶部与对应的填料函配合形成多层的阶梯结构。

4、作为优选的实施方案，在阀体与上游阀座配合形成的与通道接通的浮动间隙中，该阀体与上游阀座配合的一侧为锥面，该锥面的半径由远离阀球的一端逐渐增加至靠近阀球的一端。

5、作为优选的实施方案，阀杆从阀体内部穿出，该阀杆与阀体的阀杆密封部密封配合，该阀杆设有与阀杆密封部端部抵紧设置的限位部，该限位部的外径大于阀杆密封部的外径，以防止阀杆在介质压力下吹出；该限位部与阀杆密封部之间抵接有止推垫片。

6、作为优选的实施方案，该阀球和阀座的密封面均采用硬质合金层；阀球的密封面采用超音速冷喷涂技术喷涂硬质合金层，阀座的密封面采用堆焊硬质合金层；阀球的密封面的硬度≥55hrc，表面粗糙度≤ra0.2；阀座的密封面和球体的密封面保持硬度差。

7、作为优选的实施方案，该填料夹紧机构设置在碟形弹簧与密封石墨填料间，该填料夹紧机构向密封石墨填料施加的轴向力，不随阀座的位移或阀球的浮动而减小。

8、作为优选的实施方案，该填料夹紧机构包括密封压环，该密封压环的外周侧设有外螺纹部，形成填料函的阀体内壁设有内螺纹部，该外螺纹部与内螺纹部相啮合，该密封压环可通过螺纹啮合的方式可沿着填料函轴向位移，对密封石墨填料施加轴向的压力。

9、作为优选的实施方案，该填料夹紧机构还包括密封碟形弹簧，该密封碟形弹簧抵紧设置在密封石墨填料与密封压环之间，该密封压环通过螺纹啮合固定在阀体的内壁，阀座靠近阀球或远离阀球时，密封碟形弹簧的压缩量保持稳定。

10、作为优选的实施方案，该填料夹紧机构还包括密封碟形弹簧，该密封碟形弹簧抵紧设置在密封石墨填料与密封压环之间，该密封压环的外螺纹部从装入方向越过内螺纹部，当阀座朝向阀球轴向滑动时，该外螺纹部靠近阀球的外侧面与内螺纹部远离阀球的内侧面相抵接，以阻止密封碟形弹簧的压缩量随着位移减小。

11、作为优选的实施方案，该密封压环还具有轴向延伸的环状凸起，该环状凸起的宽度超出内螺纹部的宽度，该环状凸起的外径小于内螺纹部的内径，该环状凸起与碟形弹簧相抵接。

12、相比现有技术本技术的有益效果：

13、1.阀门两侧的阀座均设有碟形弹簧，利用由碟形弹簧提供预紧力来推动阀座压向阀球，保证阀门的双向密封稳定可靠；还使得在高温压力介质作用下，可以通过对阀座的反作用力，调整阀座和球阀的中心位置，减小两者的角度差，从而减小的阀杆扭矩，防止阀球在高温下抱死。

14、2.通过碟形弹簧轴向挤压密封石墨填料对填料函靠近通道的一侧进行密封，阻止通道中的高温介质及介质粉尘进入填料函影响碟形弹簧，与当前使用防尘圈的密封方式相比，在高温工况下更加可靠，有助于碟形弹簧提供更加持久的预紧力，保证阀门的密封性能。

15、3.设置有台阶部，这些台阶部与填料函配合形成的多层阶梯结构，每层阶梯中都具有接触密封面密封面和浮动面，其增加了阀体与阀座间的接触密封面积，使得阀座更好地紧密配合阀体，减少介质泄漏的概率，增加对填料函的密封性能；同时，多层的阶梯结构还形成了多层次的支撑方式，可以更有效地分散阀座与阀体配合应力，减少热应力集中，以提升填料函的稳定性，延长阀门的使用寿命。

16、4.上游浮动间隙内，主阀体与上游阀座配合的一面为锥面，该锥面由远离阀球的一端至靠近阀球的一端半径逐渐增加，通过锥面的设计可以改变介质的流动状态，使介质在上游浮动间隙处不容易堆积，当介质通过流道时，堆积在锥面和上游端浮动间隙处的少量介质也会随着流体的冲刷作用被带走，进而保证上游阀座与主阀体间的密封效果。

17、5.阀座与阀球配合的硬密封面均采用硬质合金层，极低的表面粗糙度，极高的硬度和适当的硬质合金搭配，阀座的密封面和球体的密封面保持硬度差，以防止产生粘附磨损，显著提高阀门的耐磨性能。

18、6.在填料函内设有填料夹紧机构，其向密封石墨填料施加的轴向力，不随阀座的位移或球阀的浮动而减小，始终保持对填料函靠近通道侧的有效密封。