于洋
【摘 要】通过对多晶硅行业工作环境的分析，提出硅粉介质工况下硬密封球阀的一些设计思路。通过分析得出，与常规硬密封球阀相比，多晶硅行业中应用的硬密封球阀应该采用更加宽大的球座密封面，双刮刀设计的阀座，更全面的硬质合金喷涂以及更有效的阀座弹簧保护措施和更强劲的外部驱动力等设计。%By the analysis of the working environment for polysilicon production ,this paper proposed several Design idear of Metal -seated ball valve working under such environment .In analysis ,compear-ing to the usual environment ,Metal-seated ball valve using for polysilicon production should have more widely sealing between ball and seat ,both blade design for seat ,more flame plating with hard alloy , more effectivity protect for seat -spring and more stronger driving force .T his paper also discussed the necessity of these designations by these opinions . 【期刊名称】新菠萝灰粉蚧《河南机电高等专科学校学报》
【年(卷),期】2014(000)002
【总页数】3页(P60-62)
【关键词】硬密封球阀;多晶硅;硅粉;密封;硬质合金
【作 者】于洋
【作者单位】驻马店职业技术学院，河南驻马店463000
【正文语种】中 文
【中图分类】U173.4
引言
球阀，是切断阀中的一种，通过启闭钢球的90度旋转来控制流体的一种管道压力容器，因其流阻小，结构简单，使用方便等特点，被广泛应用于石油炼制、长输管线，化工、造纸、水利、电力、钢铁等行业。近年来，随着球阀使用范围的进一步推广，温度、介质等环境要求也越来越高。
工艺品加工设备硬密封球阀，一种利用金属与金属之间的挤压力形成密封面的金属密封球阀，在严苛的工况下，相对于传统的利用金属与非金属材料间挤压力形成密封面的软密封球阀，有着相当的优势。金属更耐高温，更耐磨损、冲蚀，且金属球和阀座的热膨胀系数更接近，一定程度避免了由于热胀冷缩引起的卡死、泄漏等问题。当然，硬密封球阀也存在很多不足，比如成本高，加工精度要求高，扭力大等，但这并不影响其在球阀家族中开始占据愈发重要的地位。
隧洞衬砌在一些特殊的工况，硬密封球阀的密封面要承受严苛的考验，如何在这些工况中保证硬密封球阀的严密性，并尽可能地延长其使用寿命，是使用客户、设计人员和制造厂商最为关心的问题。本文讨论硬密度球阀在多晶硅行业中应用时，需要注意的一些结构特点。
1 多晶硅行业简要介绍
多晶硅（Polycrystalline Silicon），是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。被称为“微电子大厦的基石”。
在太阳能利用上，单晶硅和多晶硅发挥着巨大的作用，1994年，全世界太阳能电池的总产量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年里就增长了17倍。专家预测太阳能光伏产业在21世纪前半期将超过核电成为最重要的基础能源之一。
多晶硅的工艺流程比较复杂，大致流程为制氢—合成氯化氢—合成三氯氢硅—还原—四氯化硅氢气—氯化氢分离—工业级三氯氢硅。在生产过程中，SiO2（俗称硅粉）是重要的合成原料，其颗粒度非常小，平均粒度约0.3μm。颗粒度越小，就越不容易密封，对于硬密度球阀来说，金属与金属间的间隙较大，更容易产生硅粉介质，阀门一些关键部分的设计要具有一定的针对性［1］。
2 多晶硅行业的硬密封球阀结构分析
2.1 适当宽大的密封面设计
常规硬密封球阀的密封面宽度根据设计比压、公称压力、密封面材料来确定，见式（1）［2］：
由于多晶硅行业的特殊介质环境，经试验证明，适当地加大密度封面宽度，对于防止硅粉nfc天线
破坏密封有积极作用，密封面加宽，则密封区域扩大，即使硅粉进入密封面也不易将整个密封面区域完全破坏，从而提高球阀使用寿命。
手机背光源但是，从公式（1）上也可以看出，不能盲目地加宽密封面，由于c、K为密封面的材料系数，p为公称压力，都是常数，密封面加宽，就必须减小设计比压，而设计比压有一个取值范围，即必须介于必须比压和许用比压之间，见公式（2）［3］。密封比压太小，比压力不够，会造成泄漏。
另外需要指出的是，如果球座密封面过于宽大，球阀扭力会过高，造成在高温下启闭困难。
所以，硅粉介质下，硬密封球阀应采取适当宽大的密封面设计。
2.2 双刮刀设计的阀座结构
硅粉介质颗粒极小，硬度高，极易进入阀座密封面，尤其在启闭阀门的时候。所以，仅靠增大密封面宽度是不够的，双刮刀结构设计，可以有效刮削两个方向流向球座密封面的介质颗粒，避免其大量进入密封面，防止硅粉进入密封面，在球阀启闭的时候剐蹭密封面，
从而提高密封面寿命。当然，刮刀设计会导致阀座部分受力面积变小，应力增加，强度下降，因此，刮刀设计不宜过尖，具体的设计尺寸，要根据工况详细制定方案。图1为常规硬密封阀座密封面和硅粉介质下硬密封球阀阀座密封面对比示意图。
图1 左、右两图为常规阀座和双刮刀论著座结构对比
2.3 全方位阀座及钢球球口表面喷涂
由于介质的磨蚀能力比普通介质强，所以对钢球和阀座的表面处理方式也要有所改变。
通常硬密封球阀只是对阀座密封面和钢球球面做一定的表面硬化处理。而多晶硅行业中，硅粉超高的硬度决定了普通喷涂方式下，球座寿命会很短。因此，在硅粉介质下，一般采用大面积喷涂的方式来增强球座的耐磨能力［4］，主要包括以下三点：
（一）对阀座流道一侧进行全方位喷涂。
（二）对钢球流道进行10～20mm的喷涂。
（三）对钢球流道口圆角的喷涂。
美乳レフリーに反则技在这样的喷涂效果下，球阀流道在最易被硅粉冲蚀的部分全部喷涂上了硬质合金，可以最大程度的抵抗硅粉冲蚀，延长球座寿命。
如图2所示。
图2 硅粉介质下钢球阀座的特殊喷涂
2.4 钢球槽内喷涂硬质合金
即使采用特殊的阀座及密封面结构，仍然不能完全避免颗粒状介质进入球座的密封面造成扭力值的增加。硅粉介质下的硬密封球阀对比常规流体介质下的硬密封球阀，其工作状态下的启闭扭力明显增大。另外，硅粉颗粒部分进入阀杆与钢球的接触面。这两个原因会造成钢球磨损加剧（一般阀杆材料比钢球硬），磨损到一定程度，会影响传动效率和精度。严重时会造成阀杆倾斜，扭力过大直至卡死。因此，要采用在钢球槽内喷涂硬质合金的方法来保护钢球，增加钢球寿命，如图3所示。
2.5 对阀座弹簧的保护
另外，还应该对阀座弹簧进行保护，避免硅粉堆积在弹簧工作腔，造成弹簧工作故障。一是要加密封圈或石墨盘根来过滤。具体采用“O”形圈还是石墨盘根来密封，主要取决于球阀工况的温度，一般低于200℃，采用“O”形圈密封更加有效而且成本较低，当工况温度高于200℃，“O”形圈的橡胶材料会发成高温蠕化，因此要采用耐高温材料石墨，石墨盘根的尺寸以球阀设计尺寸为参照；二是要在阀座端部处改常规的矩形槽为梯形槽，目的是使硅粉以一个较平缓的坡度进出槽内，不至于在槽内大量堆积并进入阀座内部。另外，根据冲蚀理论，右图结构显然更加利于防止阀座因为冲蚀遭到破坏［5］。见图4。
图3 钢球槽喷涂效果图
图4 阀座端部设计对比示意图
2.6 其他的特殊设计
除上面几项以外，在多晶硅行业，硅粉介质下的硬密封球阀的设计，还应该注意由于扭力值增大，需要增加驱动器支架的强度。并且选用相对驱动力较大的驱动器。
3 结语
综上所述，多晶硅行业复杂的介质，决定了此类环境下硬密封球阀要具备高度的耐磨性和耐冲蚀性，因此需要对常规结构进行一定的设计变通，这样，才能保证球阀的使用寿命，从而更好地保障工厂和客户的共同利益。
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