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硬密封電動(dòng)球閥非技術(shù)故障原因及解決方案
[ 2016-11-17 ]
硬密封電動(dòng)球閥在使用工況中比軟密封球閥要嚴(yán)苛很多，高溫、強(qiáng)腐蝕以及粉塵、顆粒、泥漿等介質(zhì)對(duì)硬密封球閥的持續(xù)使用造成了相當(dāng)大的障礙問(wèn)題。在硬密封球閥的使用過(guò)程中，常常因?yàn)楣r或者人為的原因?qū)е麻y門(mén)出現(xiàn)故障而被迫進(jìn)行維修。
了解閥門(mén)故障產(chǎn)生的原因，并找到預(yù)防故障的方法，對(duì)于閥門(mén)行業(yè)工作者和產(chǎn)品使用者來(lái)說(shuō)，都是必要且有效的。
我公司技術(shù)研究人員特根據(jù)市場(chǎng)用戶使用球閥過(guò)程中普遍出現(xiàn)的硬密封球閥問(wèn)題進(jìn)行分析。并拓展硬密封球閥產(chǎn)品設(shè)計(jì)及附屬配備應(yīng)注意的問(wèn)題，且提出改善的方向。
從產(chǎn)品的使用角度來(lái)分類(lèi)，硬密封球閥故障大致可以分為以下兩類(lèi)：非技術(shù)類(lèi)故障以及技術(shù)類(lèi)故障。而下方文本主要介紹硬密封球閥非技術(shù)類(lèi)故障的分析和解決方案；
1非技術(shù)類(lèi)故障
非技術(shù)類(lèi)故障如字面意思，該產(chǎn)品非技術(shù)問(wèn)題而導(dǎo)致故障，即并非閥門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題或者內(nèi)部零件運(yùn)行發(fā)生故障。因此，該閥門(mén)故障原因一般是由外界條件導(dǎo)致。
1.1閥門(mén)選型的錯(cuò)誤
很多客戶在采購(gòu)閥門(mén)時(shí)由于對(duì)產(chǎn)品使用工況缺乏了解，或者處于成本的考慮，選擇的閥門(mén)不能滿足工況下工作溫度、工作壓力、介質(zhì)腐蝕性、沖蝕性的要求，導(dǎo)致閥門(mén)一旦投入使用時(shí)就立即出現(xiàn)故障。
因此，在選型過(guò)程中，客戶方或者設(shè)計(jì)院一定要把產(chǎn)品的使用可靠性放在第一位，對(duì)于選擇廉價(jià)的閥門(mén)而產(chǎn)生故障造成損害，反而得不償失。這一點(diǎn)在工況嚴(yán)苛的硬密封球閥選型中，尤為重要。
1.1.1閥門(mén)一些內(nèi)件選材與工況溫度不符
硬密封電動(dòng)球閥中，有一些內(nèi)件的選材是與其使用工況溫度或介質(zhì)溫度密切相關(guān)的，比如填料、密封墊圈、閥桿護(hù)套等等．選擇硬密封球閥一般有兩種原因，一是工況溫度較高，軟密封閥座無(wú)法承受，二是介質(zhì)磨蝕能力、沖蝕能力較強(qiáng)，軟密封閥座不夠堅(jiān)硬．可見(jiàn)硬密封球閥不等于高溫球閥，在某些工況中，它的使用溫度并不一定很高。
當(dāng)介質(zhì)溫度高于200℃時(shí)，填料需要選用石墨（石墨耐溫性能強(qiáng)，高溫下性能基本無(wú)變化），密封墊圈一般選用金屬絲包裹在石墨圈外圍（用石墨密封，金屬絲定型），閥桿護(hù)套也要換成金屬材料。
當(dāng)介質(zhì)溫度低于200℃時(shí)，填料、密封墊圈（包括體蓋密封墊圈、下閥桿密封墊圈、中法蘭密封墊圈等），閥桿護(hù)套等都可以選擇用合成塑料。這種配置與軟密封球閥中相關(guān)配件的配置類(lèi)似。
所以，在硬密封球閥的選型過(guò)程中，工況溫度或介質(zhì)溫度是一定要作為必要因素之一來(lái)決定選型方向的。錯(cuò)誤的內(nèi)件選擇，輕則造成成本浪費(fèi)，重則導(dǎo)致閥門(mén)失效，無(wú)法使用。
1.1.2球座密封面噴涂硬質(zhì)合金面選材錯(cuò)誤
硬密封球閥的性能關(guān)鍵在于鋼球、閥座的表面硬化處理。為了保證金屬對(duì)金屬的密封，硬密封球座之間密封比壓力遠(yuǎn)大于普通球閥，這使金屬材料間容易出現(xiàn)咬合或者拉傷，這兩種情況都會(huì)直接導(dǎo)致球閥無(wú)法正常使用。目前應(yīng)用最廣泛，效果最好的球座表面硬化方法是噴涂硬質(zhì)合金技術(shù)（主要是鎳基合金和鉻基合金），硬密封球閥的鋼球和閥座噴涂層絕大程度上決定了球座密封面的使用性能和壽命，因此在實(shí)際復(fù)雜的工況中，要根據(jù)實(shí)際情況選擇硬質(zhì)合金層。
硬質(zhì)合金層的選擇大致有兩個(gè)方向：一是追求其硬度，高硬度合金層耐磨損，耐沖蝕性能較強(qiáng)，常用于存在細(xì)小，堅(jiān)硬的固體顆粒介質(zhì)工況（如煤化工、多晶硅行業(yè)）；二是追求其耐腐蝕性能，有些強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)下，耐腐蝕合金層可以有效保護(hù)球座內(nèi)部基材，從而延長(zhǎng)壽命，常用于強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)工況（如石化、造紙行業(yè)）。硬密封球閥材料選型中，其球座密封面噴涂硬質(zhì)合金層的材料是重中之重，一定不能選擇與工況、使用介質(zhì)條件不匹配的硬質(zhì)合金。
1.2附屬件的選型故障
閥門(mén)的附屬件包括驅(qū)動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)裝置配套裝置以及連接驅(qū)動(dòng)裝置的支架、聯(lián)接軸等配件。硬密封球閥的驅(qū)動(dòng)裝置按照其動(dòng)力來(lái)源可分為：杠桿手柄、鋼管手柄、渦輪執(zhí)行器、手輪離合減速器（用來(lái)切換手動(dòng)操作或自動(dòng)操作）、自動(dòng)執(zhí)行器（包括氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器、電液動(dòng)執(zhí)行器等）。
對(duì)于杠桿手柄、鋼管手柄，齒輪機(jī)構(gòu)等依靠手動(dòng)操作的驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)產(chǎn)品的工作扭力值計(jì)算力矩，然后選擇合適的長(zhǎng)度或則規(guī)格即可，當(dāng)然材料的抗扭抗拉強(qiáng)度也是需要考慮的。
對(duì)于自動(dòng)執(zhí)行器的選型相對(duì)復(fù)雜一些。拿氣動(dòng)執(zhí)行器舉例，氣動(dòng)執(zhí)行器分為單作用型和雙作用型。雙作用型氣動(dòng)執(zhí)行器開(kāi)關(guān)都有彈簧力作用，扭力一致．單作用型的氣動(dòng)執(zhí)行器開(kāi)啟的時(shí)候要克服彈簧彈力作用，關(guān)閉的時(shí)候靠彈簧力關(guān)閉，這樣，其輸出扭矩是一個(gè)范圍扭力值，增加了選型的難度，一般安裝氣動(dòng)執(zhí)行器，需要在閥門(mén)的工作扭力值基礎(chǔ)上，乘以一個(gè)安全系數(shù)，防止由于范圍性變化的執(zhí)行器輸出扭矩出現(xiàn)操作力不夠的情況發(fā)生。
一般在出廠的時(shí)候，未到實(shí)際工況，其實(shí)際工作扭力值是無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量的，常用的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)空載扭力值乘以一個(gè)介質(zhì)系數(shù)來(lái)估算其工作扭力值。對(duì)于硬密封電動(dòng)球閥，要根據(jù)工況的不同選擇這個(gè)介質(zhì)系數(shù)，如果是顆粒、粉塵、泥漿介質(zhì)，這個(gè)系數(shù)就要取得盡量大些，一般在1.5～2這個(gè)范圍內(nèi)選擇。
除了執(zhí)行器本身的選型需要注意以外，其附屬配件也要根據(jù)實(shí)際情況選型，如相關(guān)電磁閥、減壓閥、閥位開(kāi)關(guān)等等，如一個(gè)進(jìn)氣量很大的氣動(dòng)執(zhí)行器，卻配備一個(gè)氣流量很小的電磁閥，這樣氣動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)氣會(huì)很慢，閥門(mén)關(guān)閉變慢，密封面受沖蝕的時(shí)間就越長(zhǎng)，不利于閥門(mén)使用壽命。而且，自動(dòng)裝置的閥門(mén)的顯著優(yōu)勢(shì)就在于啟閉時(shí)間快，很多客戶要求在N秒內(nèi)完成啟閉動(dòng)作，這就對(duì)相關(guān)配件的合理配置提出了更高的要求。
1.3其他非技術(shù)型故障
除了以上常見(jiàn)的選型錯(cuò)誤導(dǎo)致的非技術(shù)型故障，在硬密封電動(dòng)球閥的實(shí)際使用過(guò)程中，由于安裝的方向、步驟等沒(méi)有按照規(guī)范，也可能產(chǎn)生使用故障，因此在閥門(mén)的使用過(guò)程中，應(yīng)遵照說(shuō)明書(shū)，把該連接的位置連接好，確保萬(wàn)無(wú)一失。
了解閥門(mén)故障產(chǎn)生的原因，并找到預(yù)防故障的方法，對(duì)于閥門(mén)行業(yè)工作者和產(chǎn)品使用者來(lái)說(shuō)，都是必要且有效的。
我公司技術(shù)研究人員特根據(jù)市場(chǎng)用戶使用球閥過(guò)程中普遍出現(xiàn)的硬密封球閥問(wèn)題進(jìn)行分析。并拓展硬密封球閥產(chǎn)品設(shè)計(jì)及附屬配備應(yīng)注意的問(wèn)題，且提出改善的方向。
從產(chǎn)品的使用角度來(lái)分類(lèi)，硬密封球閥故障大致可以分為以下兩類(lèi)：非技術(shù)類(lèi)故障以及技術(shù)類(lèi)故障。而下方文本主要介紹硬密封球閥非技術(shù)類(lèi)故障的分析和解決方案；
1非技術(shù)類(lèi)故障
非技術(shù)類(lèi)故障如字面意思，該產(chǎn)品非技術(shù)問(wèn)題而導(dǎo)致故障，即并非閥門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題或者內(nèi)部零件運(yùn)行發(fā)生故障。因此，該閥門(mén)故障原因一般是由外界條件導(dǎo)致。
1.1閥門(mén)選型的錯(cuò)誤
很多客戶在采購(gòu)閥門(mén)時(shí)由于對(duì)產(chǎn)品使用工況缺乏了解，或者處于成本的考慮，選擇的閥門(mén)不能滿足工況下工作溫度、工作壓力、介質(zhì)腐蝕性、沖蝕性的要求，導(dǎo)致閥門(mén)一旦投入使用時(shí)就立即出現(xiàn)故障。
因此，在選型過(guò)程中，客戶方或者設(shè)計(jì)院一定要把產(chǎn)品的使用可靠性放在第一位，對(duì)于選擇廉價(jià)的閥門(mén)而產(chǎn)生故障造成損害，反而得不償失。這一點(diǎn)在工況嚴(yán)苛的硬密封球閥選型中，尤為重要。
1.1.1閥門(mén)一些內(nèi)件選材與工況溫度不符
硬密封電動(dòng)球閥中，有一些內(nèi)件的選材是與其使用工況溫度或介質(zhì)溫度密切相關(guān)的，比如填料、密封墊圈、閥桿護(hù)套等等．選擇硬密封球閥一般有兩種原因，一是工況溫度較高，軟密封閥座無(wú)法承受，二是介質(zhì)磨蝕能力、沖蝕能力較強(qiáng)，軟密封閥座不夠堅(jiān)硬．可見(jiàn)硬密封球閥不等于高溫球閥，在某些工況中，它的使用溫度并不一定很高。
當(dāng)介質(zhì)溫度高于200℃時(shí)，填料需要選用石墨（石墨耐溫性能強(qiáng)，高溫下性能基本無(wú)變化），密封墊圈一般選用金屬絲包裹在石墨圈外圍（用石墨密封，金屬絲定型），閥桿護(hù)套也要換成金屬材料。
當(dāng)介質(zhì)溫度低于200℃時(shí)，填料、密封墊圈（包括體蓋密封墊圈、下閥桿密封墊圈、中法蘭密封墊圈等），閥桿護(hù)套等都可以選擇用合成塑料。這種配置與軟密封球閥中相關(guān)配件的配置類(lèi)似。
所以，在硬密封球閥的選型過(guò)程中，工況溫度或介質(zhì)溫度是一定要作為必要因素之一來(lái)決定選型方向的。錯(cuò)誤的內(nèi)件選擇，輕則造成成本浪費(fèi)，重則導(dǎo)致閥門(mén)失效，無(wú)法使用。
1.1.2球座密封面噴涂硬質(zhì)合金面選材錯(cuò)誤
硬密封球閥的性能關(guān)鍵在于鋼球、閥座的表面硬化處理。為了保證金屬對(duì)金屬的密封，硬密封球座之間密封比壓力遠(yuǎn)大于普通球閥，這使金屬材料間容易出現(xiàn)咬合或者拉傷，這兩種情況都會(huì)直接導(dǎo)致球閥無(wú)法正常使用。目前應(yīng)用最廣泛，效果最好的球座表面硬化方法是噴涂硬質(zhì)合金技術(shù)（主要是鎳基合金和鉻基合金），硬密封球閥的鋼球和閥座噴涂層絕大程度上決定了球座密封面的使用性能和壽命，因此在實(shí)際復(fù)雜的工況中，要根據(jù)實(shí)際情況選擇硬質(zhì)合金層。
硬質(zhì)合金層的選擇大致有兩個(gè)方向：一是追求其硬度，高硬度合金層耐磨損，耐沖蝕性能較強(qiáng)，常用于存在細(xì)小，堅(jiān)硬的固體顆粒介質(zhì)工況（如煤化工、多晶硅行業(yè)）；二是追求其耐腐蝕性能，有些強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)下，耐腐蝕合金層可以有效保護(hù)球座內(nèi)部基材，從而延長(zhǎng)壽命，常用于強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)工況（如石化、造紙行業(yè)）。硬密封球閥材料選型中，其球座密封面噴涂硬質(zhì)合金層的材料是重中之重，一定不能選擇與工況、使用介質(zhì)條件不匹配的硬質(zhì)合金。
1.2附屬件的選型故障
閥門(mén)的附屬件包括驅(qū)動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)裝置配套裝置以及連接驅(qū)動(dòng)裝置的支架、聯(lián)接軸等配件。硬密封球閥的驅(qū)動(dòng)裝置按照其動(dòng)力來(lái)源可分為：杠桿手柄、鋼管手柄、渦輪執(zhí)行器、手輪離合減速器（用來(lái)切換手動(dòng)操作或自動(dòng)操作）、自動(dòng)執(zhí)行器（包括氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器、電液動(dòng)執(zhí)行器等）。
對(duì)于杠桿手柄、鋼管手柄，齒輪機(jī)構(gòu)等依靠手動(dòng)操作的驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)產(chǎn)品的工作扭力值計(jì)算力矩，然后選擇合適的長(zhǎng)度或則規(guī)格即可，當(dāng)然材料的抗扭抗拉強(qiáng)度也是需要考慮的。
對(duì)于自動(dòng)執(zhí)行器的選型相對(duì)復(fù)雜一些。拿氣動(dòng)執(zhí)行器舉例，氣動(dòng)執(zhí)行器分為單作用型和雙作用型。雙作用型氣動(dòng)執(zhí)行器開(kāi)關(guān)都有彈簧力作用，扭力一致．單作用型的氣動(dòng)執(zhí)行器開(kāi)啟的時(shí)候要克服彈簧彈力作用，關(guān)閉的時(shí)候靠彈簧力關(guān)閉，這樣，其輸出扭矩是一個(gè)范圍扭力值，增加了選型的難度，一般安裝氣動(dòng)執(zhí)行器，需要在閥門(mén)的工作扭力值基礎(chǔ)上，乘以一個(gè)安全系數(shù)，防止由于范圍性變化的執(zhí)行器輸出扭矩出現(xiàn)操作力不夠的情況發(fā)生。
一般在出廠的時(shí)候，未到實(shí)際工況，其實(shí)際工作扭力值是無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量的，常用的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)空載扭力值乘以一個(gè)介質(zhì)系數(shù)來(lái)估算其工作扭力值。對(duì)于硬密封電動(dòng)球閥，要根據(jù)工況的不同選擇這個(gè)介質(zhì)系數(shù)，如果是顆粒、粉塵、泥漿介質(zhì)，這個(gè)系數(shù)就要取得盡量大些，一般在1.5～2這個(gè)范圍內(nèi)選擇。
除了執(zhí)行器本身的選型需要注意以外，其附屬配件也要根據(jù)實(shí)際情況選型，如相關(guān)電磁閥、減壓閥、閥位開(kāi)關(guān)等等，如一個(gè)進(jìn)氣量很大的氣動(dòng)執(zhí)行器，卻配備一個(gè)氣流量很小的電磁閥，這樣氣動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)氣會(huì)很慢，閥門(mén)關(guān)閉變慢，密封面受沖蝕的時(shí)間就越長(zhǎng)，不利于閥門(mén)使用壽命。而且，自動(dòng)裝置的閥門(mén)的顯著優(yōu)勢(shì)就在于啟閉時(shí)間快，很多客戶要求在N秒內(nèi)完成啟閉動(dòng)作，這就對(duì)相關(guān)配件的合理配置提出了更高的要求。
1.3其他非技術(shù)型故障
除了以上常見(jiàn)的選型錯(cuò)誤導(dǎo)致的非技術(shù)型故障，在硬密封電動(dòng)球閥的實(shí)際使用過(guò)程中，由于安裝的方向、步驟等沒(méi)有按照規(guī)范，也可能產(chǎn)生使用故障，因此在閥門(mén)的使用過(guò)程中，應(yīng)遵照說(shuō)明書(shū)，把該連接的位置連接好，確保萬(wàn)無(wú)一失。
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