一种高频耐磨快速切断球阀

技术领域

本发明涉及控制阀技术领域，尤其是指一种高频耐磨快速切断球阀。

背景技术

多晶硅、锂电、光伏等新能源行业的快速发展，衍生出来对阀门的需求量随之增加，尤其是这些装置中技术含量要求较高的球阀，生产工艺控制严格，密封性能要求较高，制造难度大。多晶硅大多采用改良西门子法制造，生产过程中SiHCl3提纯、SiCl4冷氢化以及还原炉产生的硅粉尾气回收均需通过控制阀进行过程控制。多晶硅工艺生产过程中流体介质包含硅粉、氮气、氢气、氯化物等，过程温度控制在65～350℃。一方面硅粉颗粒细小，很容易进入阀座空腔和衬套间隙，导致阀座弹性元件堵塞或者阀门传动轴卡死等现象。另一方面硅粉硬度很高，达HRC56～65，随着反应物温度的交替变化，硅粉附着在阀球表面，形成结痂，很难通过常规刮刀清除阀球表面沉积的硅粉，且介质中含有氯化物，具有腐蚀性，在阀门开关过程中硅粉堆积在阀座和阀球之间，导致阀球或阀座密封面拉伤，最终阀门发生卡涩、内漏等故障。另有硅粉反吹扫耐磨球阀开关迅速，一般要求关闭时间＜1秒，频繁而又快速的摩擦对于阀球、阀座表面的硬度和耐磨性有很高的要求。此外耐磨球阀生产过程要求进行禁油、脱脂处理，无尘车间装配；阀门的检测需要通过氮气进行压力测试；成品阀门需要进行氮封真空包装。目前万吨级高纯硅项目上的高频耐磨快速切断球阀不管进口品牌或是国产品牌，同时满足以上技术要求的阀门产品稀缺，阀门的使用寿命大多未达到装置最佳检修周期要求。硅能企业不得不缩短检修周期，通过及时维修或替换新阀门解决阀门故障引发的安全风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种耐磨损、高寿命、防堵的快速切断球阀，其结构巧妙、设计新颖，适用于多晶硅生产装置，能够有效防止硅粉进入阀座空腔和衬套间隙，避免阀座弹性元件堵塞或阀门传动轴卡死，同时能清除附着在阀球表面上的硅粉，防止硅粉堆积结痂导致的阀球、阀座密封面拉伤，保证球阀长久稳定运行。

按照本发明提供的技术方案，一种高频耐磨快速切断球阀，包括：

中阀体，所述中阀体内分别贯穿设有转动腔以及与转动腔连通的旋转孔；

侧阀体，所述侧阀体连接于中阀体两侧，所述侧阀体贯穿设有与转动腔连通的介质流道空腔；

转动组件，所述转动组件包括转动连接于转动腔的阀球以及转动连接于旋转孔且分别与阀球上下两端相连的阀杆和从动轴，所述介质流道空腔在阀球的两侧形成流体入口通道和流体出口通道，所述流体入口通道和流体出口通道各自在位于阀球的一侧设有阀座安装孔；

设于侧阀体与阀球之间的阀座组件，所述阀座组件包括设于阀座安装孔内的阀座以及位于阀座与侧阀体之间且沿远离阀球方向依次设置的密封环、支撑环、弹簧和第一防尘组件。

在本发明的一种实施方式中，所述第一防尘组件包括第一防尘圈和第一金属挡圈。

在本发明的一种实施方式中，所述阀杆与阀球通过圆柱销连接。

在本发明的一种实施方式中，所述阀杆轴向设有限位台阶，所述中阀体连接有与限位台阶上端相抵的上盖，所述阀杆套设有衬套，所述衬套与限位台阶下端之间设有碟形弹簧，所述衬套与中阀体之间设有第二防尘组件。

在本发明的一种实施方式中，所述第二防尘组件包括套设于阀杆的第二防尘圈和第二金属挡圈。

在本发明的一种实施方式中，所述阀球的表面和阀座的密封面经硬质合金粉末熔覆处理并覆有PVD镀层。

在本发明的一种实施方式中，所述阀球表面和阀座密封面的粗糙度为0.2～0.4μm。

在本发明的一种实施方式中，所述阀球表面和阀座密封面硬度为HV2800～HV3500。

在本发明的一种实施方式中，所述中阀体和侧阀体的连接处设有金属缠绕垫片和石墨复合垫片。

在本发明的一种实施方式中，所述侧阀体设有吹气通道，所述侧阀体的外侧端安装有与吹气通道一端连通的吹扫装置，所述吹气通道另一端延伸并形成分别与转动腔和阀座相通的吹扫孔，所述吹扫孔内设置密封螺塞，所述吹扫装置能够在阀门启闭过程中接入高压氮气，并对阀球的表面和阀座内的硅粉进行吹扫。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明在球阀的介质流道空腔的入口通道和出口通道处设有阀座，并设有防尘圈和0.2mm超薄金属挡圈，有效抑制硅粉颗粒进入阀座弹簧腔内部，堵塞弹簧，避免阀座无法实现活塞效应，从而防止阀球被抱死。

本发明中的阀球表面以及阀座密封面经Ni60+WC合金粉末熔覆硬化处理后再进行PVD镀膜处理，使得阀球表面和阀座密封面硬度提高至HV2800～HV3500，表面粗糙度达0.2～0.4μm。一方面解决了阀球、阀座表面硬度不足的问题，防止阀门动作过程中密封面被硅粉颗粒划伤，另一方面，WC涂层不耐氯化物的腐蚀，阀球、阀座表面的PVD镀层可选择耐氯化物腐蚀的TiNC或DLC镀膜，PVD镀膜可以提高阀球、阀座表面光洁度，降低摩擦磨损，提高阀门使用寿命。

本发明中的阀杆下衬套底部安装有防尘圈和0.2mm超薄金属挡圈，阻止硅粉进入衬套间隙，避免阀杆卡死情况，另外金属挡圈较防尘圈更耐磨损且防尘效果好。

本发明中的阀体增加吹扫口，通过高压氮气将沉积在阀球表面的硅粉及时进行吹扫，避免硅粉长期沉积在阀球表面形成结痂，出现动作卡涩或卡死等故障。

本发明中衬套上端设有碟形弹簧，用于压紧衬套下端防尘圈，同时提供实时补偿，防止防尘圈磨损后硅粉进入衬套间隙，从而避免阀杆卡死。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明球阀的整体结构示意图。

图2为图1的A处局部放大结构示意图。

图3为图1的B处局部结构示意图。

图4为图1的C处局部结构示意图。

说明书附图标记说明：

110、流体入口通道；120、流体出口通道；1、中阀体；2、侧阀体；21、吹气通道；3、阀座组件；3a、阀座；3b、密封环；3c、支撑环；3d、弹簧；3e、第一防尘圈；3f、第一金属挡圈；4、阀球；5、阀杆；51、限位台阶；6、第二防尘圈；7、第二金属挡圈；8、衬套；9、碟形弹簧；10、上盖；11、填料组件；12、从动轴；13、吹扫装置；14、刮刀；15、第三防尘圈；16、第三金属挡圈。

实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图4所示，本发明的一种高频耐磨快速切断球阀，包括：

中阀体1，所述中阀体1内分别贯穿设有转动腔以及与转动腔连通的旋转孔；

侧阀体2，所述侧阀体2连接于中阀体1两侧，所述侧阀体2贯穿设有与转动腔连通的介质流道空腔；

转动组件，所述转动组件包括转动连接于转动腔的阀球4以及转动连接于旋转孔且分别与阀球4两端相连的阀杆5和从动轴12，所述介质流道空腔在阀球4的两侧形成流体入口通道110和流体出口通道120，所述流体入口通道110和流体出口通道120各自在位于阀球4的一侧设有阀座3a安装孔；

设于侧阀体2与阀球4之间的阀座组件3，所述阀座组件3包括设于阀座3a安装孔内的阀座3a以及位于阀座3a与侧阀体2之间且沿远离阀球4方向依次设置的密封环3b、支撑环3c、弹簧3d和第一防尘组件。

本实施例中，所述阀座3a安装孔为阶梯孔，所述第一防尘组件包括第一防尘圈3e和第一金属挡圈3f，第一防尘圈3e两侧端分别安装相同规格的第一金属挡圈3f，所述第一金属挡圈3f的厚度为0.2mm。此外，所述阀座3a上设置有位于阀球4一侧的刮刀14，能够在阀门启闭过程中刮除沉积在阀球4表面的硅粉。

通过所述阀座3a与侧阀体2之间设有用于安装弹簧3d的弹簧3d安装腔，使阀座3a具有浮动活塞效应，防止阀座3a因高温膨胀而卡死；第一防尘组件能够防止硅粉进入阀座3a的弹簧3d安装腔，防止堵塞弹簧3d。

本实施例中，所述侧阀体2中法兰通过螺栓连接在中阀体1两侧，形成一个壳体空腔，用于安装阀内件，安装在中阀体1两侧的侧阀体2形成流体入口通道110和流体出口通道120，所述阀球4上端与阀杆5连接，下端与从动轴12连接，形成一个固定球结构，所述阀杆5穿过中阀体的旋转孔，下端插入阀球4球柄；所述阀座3a置于侧阀体2内腔中并设于阀球4两侧，呈180度对称且同轴布置，阀座3a通过弹簧3d施加初始预紧力，所述阀座3a与侧阀体通过石墨密封环3b形成密封结构，以满足最高350℃工况条件密封要求。 通过在所述侧阀体2的入口通道和出口通道处设置第一防尘圈3e及第一金属挡圈3f，防止硅粉进入阀座3a的弹簧3d安装腔。球阀的填料系统为双层填料，其上部低泄漏填料上下端环及中间柔性石墨环自带弹性补偿功能，填料系统下层为高性能石墨环，抵抗介质冲刷同时能够起到第一道密封作用。

具体地，所述阀杆5与阀球4通过圆柱销连接，形成阀门传动链，能够满足100万次高频开关动作要求。

具体地，所述阀杆5轴向设有限位台阶51，所述中阀体1连接有与限位台阶51上端相抵的上盖10，防止阀杆5窜出，所述阀杆5套设有衬套8，所述衬套8与限位台阶51下端之间设有碟形弹簧9，限位台阶51对碟形弹簧9提供初始压缩，所述衬套8与中阀体1之间设有第二防尘组件。本实施例中，所述第二防尘组件包括套设于阀杆5的第二防尘圈6和第二金属挡圈7，第二防尘圈6两侧端分别安装相同规格的第二金属挡圈7，所述第二金属挡圈7的厚度为0.2mm，能够有效阻止硅粉进入衬套8与阀杆5之间，避免阀门卡涩，衬套8上部安装的预压缩的碟形弹簧9，能为第二防尘圈6磨损提供实时补偿，加强防尘效果，避免高频动作后防尘圈磨损失效而造成硅粉进入衬套8，引起阀门动作卡涩。

具体地，所述阀球4的表面和阀座3a的密封面均覆有PVD镀层，厚度为0.003mm，所述阀球4表面和阀座3a密封面的粗糙度为0.2～0.4μm，所述阀球4表面和阀座3a密封面硬度为HV2800～HV3500。

本发明中，阀球4表面以及阀座3a密封面经Ni60+WC合金粉末熔覆硬化处理后再进行PVD镀膜处理，使得阀球4表面和阀座3a密封面硬度提高至HV2800～HV3500，表面粗糙度达0.2～0.4μm。一方面解决了阀球4、阀座3a表面硬度不足的问题，防止阀门动作过程中密封面被硅粉颗粒划伤，另一方面，WC涂层不耐氯化物的腐蚀，阀球4、阀座3a表面的PVD镀层可选择耐氯化物腐蚀的TiNC或DLC镀膜，PVD镀膜可以提高阀球4、阀座3a表面光洁度，降低摩擦磨损，提高阀门使用寿命。

具体地，所述中阀体1两侧与侧阀体2通过法兰螺栓连接，所述中阀体1和侧阀体2的连接处设有金属缠绕垫片和石墨复合垫片，采用双重冗余密封结构，保证阀门无外漏风险。

具体地，所述从动轴12与阀球4之间还设有第三防尘圈15和第三金属挡圈16。

具体地，所述侧阀体2设有吹气通道21，所述侧阀体2的外侧端安装有与吹气通道21一端连通的吹扫装置13，所述吹气通道21另一端延伸并形成分别与转动腔和阀座3a相通的吹扫孔，所述吹扫孔内设置密封螺塞，所述吹扫装置13能够在阀门启闭过程中接入高压氮气，并对阀球4的表面和阀座3a内的硅粉进行吹扫清洁，能够避免硅粉大量堆积阀球4表面，引起阀门动作卡涩。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。