硬密封球阀及其生产工艺
发布日期：2012-05-14
硬密封球阀及其生产工艺项目
成果报告
一、成果概要
公司项目适用于高磨损、强腐蚀工况，解决了陶瓷球网脆裂的问题的密封球阀及其生产工艺。项目所提供的这种硬密封球阀的生产工艺保证在涂布一定厚度的耐磨防腐蚀材料后，使球体与阀座达到硬密封要求的配合精度，提高硬密封球阀的密封性能。
项目提供的硬密封球阀可主要应用于电力、石油、化工、冶金、采矿、污水处理等工业领域，尤其是面对高磨损、高腐蚀、高温、高压等恶劣工况，更显示出它卓越的密封性能和超长的使用寿命，内衬陶瓷硬密封的性能价格比远远优于其他同类阀门。
项目产品适用于电厂、石化、多晶硅、矿产等特殊行业。
项目已完成技术工艺研发、样机试验、现场试用、技术改进及特殊行业认证。目前处于产业化实施阶段。2009年9月，本项目产品在河南尚宇新能源股份有限公司—4万吨三氯氢硅项目中试用，该产品性能可靠、性价比高、将替代进口产品。
项目关键技术： 1、采用在球体、阀座金属基体上等离子喷涂陶瓷层的方法，使球体、阀座表面形成耐磨陶瓷层。 2、特殊的阀座密封设计-单阀座双向密封结构 3、阀杆的防喷出和初级真空设计设计 4、采用专用的精磨工艺及设备。
主要技术创新点： 1、采用在球体、阀座金属基体上等离子喷涂陶瓷（涂喷技术）层的方法，使球体、阀座表面形成耐磨陶瓷层。2、该阀门阀座设计充分利用流体力学原理，合理利用介质推力使阀门达到单阀座双向密封Ⅵ级要求。 3、阀杆的防喷出和初级真空设计设计。 公司项目已获得1项国家发明专利，6项国家实用新型专利。
查新报告结论： 1、国内未见利用球阀进口端和出口端介质的压差加弹簧顶紧力实现球体和阀座的密封的文献报告。 2、国内未见采用在球体、阀座金属基体上等离子喷涂陶瓷层技术的文献报道。
二、前言和实施背景
四川苏克流体控制设备有限公司是一家致力于石油、石化、化工、燃气、冶金、电力、矿山、医药等行业对流体控制提供可靠解决方案的国家高新技术企业。
公司秉承“产品质量为一切之根本” 的基本准则 ，通过取得 ISO9001:2008 ，完善并贯彻落实各项管理制度措施，产品陆续通过API607、API6D、TS、CE等认证以为客户市场提供性能卓越的产品和完善的服务 ，在国内先后获得中国石油、中国化工、中国海油等集团单位合格分供方资格承认 ，海外市场已拓展欧洲美洲等市场。
在四川苏克流体控制设备有限公司管理层的精心管理，公司各员工的共同努力下，经过近三年的发展，四川苏克流体控制设备有限公司从成立之初的12人增加到目前的60人，企业规模逐步扩大，年销售从300余万元发展到现在的3000余万元。
硬密封球阀及其生产工艺项目成果创造于2009年，公司在此期间针对项目的技术进行研发，在吸收国外进行技术的情况下，消化吸收，自主创新。公司2009年申请了1项发明专利，6项实用新型专利。2010年实用新型获得授权，2011年发明专利获得授权。项目技术在公司已经应用了超过2年时间，技术应用于公司的新产品研发，生产工艺完善等公司的关键产能范围，创造了4000余万元的销售收入。
三、成果内涵和具体做法
1、理论创新
项目充分利用流体力学原理，设计了至少一个进口和出口，当球体相对阀座旋转时，研发了可选择的使阀体的进口和出口连通或断开的流道，实现利用介质推力使阀门达到单阀座双向密封要求。
2、材料创新
本项目应用了陶瓷材料的耐磨损、耐腐蚀、耐冲蚀性能。阀体内腔与介质接触的表面等离子喷涂陶瓷所有与介质接触的部分均为结构陶瓷材料,其化学稳定性及硬度极高(洛氏硬度HRC80),仅次于金刚石。因此,本阀具有极高的耐磨损、耐腐蚀、耐冲蚀性能。
3、工艺创新
等离子喷涂工艺国内领先。项目等离子喷涂工艺喷涂陶瓷的技术为公司自主研发技术，国内从未在硬密封球阀上采用，其主要原因在于现有球阀的球体与阀座之间存在很高的硬密封配合要求，按现有球阀的生产工艺难以保证在球体与阀座上喷涂陶瓷层后两者的配合精度，故对于本领域的一般企业而言，基于上述困难的存在，不可能去考虑在球体与阀座上等离子喷涂陶瓷层，而只会去考虑通过改变球体与阀座的材料来提升球阀的耐磨、防腐蚀等性能。本项目的创新点就在于创造性的将等离子喷涂工艺喷涂陶瓷的技术运用到硬密封球阀上，即在球体与阀座的配合面上分别等离子喷涂有陶瓷层，利用该陶瓷层具有耐磨以及防腐蚀的特点，在面对高磨损、强腐蚀、高温、高压等恶劣工况时，仍可保证球阀的内密封性能和使用寿命，同时由于阀座、球体以及阀体仍然采用金属，又可避免阀座和球体的脆裂。
4、结构创新
特殊的阀座密封设计：球体与阀座的密封面采用宽阔的球面，以保证阀座不因承受过大的压强而造成损坏，且不因阀座或球体上某点有轻度划痕而造成密封的破坏；独特的密封副设计保证高温环境的密封性能；防尘设计能防止灰渣进入弹簧后造成弹簧失灵。阀座特殊的刃口设计，对球体具有自清洁作用，有效的提高了阀门的密封性能和使用寿命。高圆度和高光洁度的与经过硬化处理球体和抛光的阀体流线型内腔，减少流阻，增强流通能力，以防止堵塞结垢。
单阀座的双向密封设计能使介质充分流动，阀体开放式敞口设计能使介质不产生自聚或在少量自聚时完全不影响阀门的密封性能。可以满足介质在阀门上下游的压力波动的工况下的使用，即：将真空条件转化为密封副上下游的压差来考虑两种情况下始终保持密封。此种设计解决了国内阀门在单阀座时无法双向密封的问题，该阀门没有流向要求，避免了因阀门流向安装错误或介质回流而造成的不必要损失。此种设计密封等级达到ANSI B16['1'].104/FCI70-2 Ⅵ要求。达到或处于世界先进水平。
球体磨削设计：球体采用先进进口研磨设备及工艺制造,球圆度精度高,表面质量好。粗磨时采用特殊机床磨削既缩短了交货期也保证了球的基本尺寸及形位公差。最后采用人工与阀座对研后,充分利用陶瓷的自滑润性,可取得很好的密封性能。
阀杆的防喷出和初级真空设计设计。当填料失效时可在线进行更换而不会导致阀杆被介质压力冲出来，防止安全事故的发生。通过压紧阀杆填料压环，在真空条件下，可以获得好的使用效果。
阀杆设有滑动轴承和止推轴承，减少摩擦，并保护阀杆，防止刮伤，有效减小使用扭矩。轴承材料能根据介质和操作温度选用。
独特的上密封防尘设计，依靠介质压力实现阀杆的倒密封，有效的防止介质固体颗粒进入填料，保护填料及阀杆的使用寿命。
四、成果实施后所产生的效果
4.1、经济效益
苏克流体在阀门制造领域拥有先进的技术和高精端的设备，在市场方面具有良好的销售渠道和合作伙伴，2009年公司销售接近2000万元。照此趋势，在项目资助结束期（2011年），企业预计实现销售收入3000万元，企业人数达到47人，其中增加比例最高的是研发和市场人员。
4.2、社会效益
本项目产品能替代进口产品，在其技术指标上甚至优于进口产品。项目技术对于完善国内阀门的技术及其生产具有很大的贡献作用，项目处于技术水平国际先进，国内领先水平。
五、持续改进措施
项目产品通过合肥通用机电产品检测院国家泵阀产品质量监督检验中心检测，产品技术指标优越，性能指标优越；
项目技术获得四川省科学技术信息研究所查新报告，查新结论：国内无此技术的文献；
项目技术目前获得1项发明专利授权，6项实用新型专利。
本项目技术具有一定的基础技术部分，公司能在此技术的基础上进行再次研发，将项目技术用于其它行业的阀门产品制造。项目产品将向着密封等级更高、耐腐蚀性、耐高温性能更好的方向研发。
