1 存在問題

  如今存在廣泛運(yùn)用的球閥大都是球面立體與閥桿是兩個(gè)獨(dú)立的零件，如圖1所示。經(jīng)過連署處的空隙合適，使之達(dá)到開啟合攏的效果，這么的連署方式，運(yùn)用時(shí)間久了便會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)不正確，帶來非常大的危害。例如在煤制油、油改煤以及液化氣化等炭化工系統(tǒng)處于媒介（煤咋）高硬度、高壓力及高溫度的工況下，閥門應(yīng)具備耐磨、耐沖刷及迅速截?cái)嗟裙δ堋ｉy門啟閉次數(shù)多且速度快（30min動(dòng)作一次，5～10s/次），在這種事情狀況下閥門的轉(zhuǎn)動(dòng)務(wù)必正確，否則會(huì)對嚴(yán)密封閉性、運(yùn)用生存的年限、流量和流速有嚴(yán)重的影響。對圖1所示的球閥來說，閥桿與球面立體接觸部位應(yīng)力過大，很容易引動(dòng)硬化層的剝落，因此使轉(zhuǎn)動(dòng)精密度減低。例如，壓根兒是閥桿旋轉(zhuǎn)90而終止，因?yàn)橛不瘜拥膭冸x，最后結(jié)果球面立體可能旋轉(zhuǎn)了88，這么會(huì)帶來一定的阻力，會(huì)使閥門的生存的年限大大縮減，并且硬化層的剝離會(huì)導(dǎo)細(xì)致精密封失去效力。

  圖1 一種常用球閥結(jié)構(gòu)概況圖

  當(dāng)啟閉閥門時(shí)，閥桿與球面立體的效用部位便會(huì)形成比壓，因?yàn)殚y桿與球面立體之間的連署是空隙合適，造成在接觸面上的比壓散布也是翹棱均的（圖2），越接近閥桿的邊緣局部擠壓應(yīng)力zy越大，這么導(dǎo)致邊緣局部因應(yīng)力過大而提早使外表層剝離。相形之下，半中腰局部所遭受的應(yīng)力會(huì)相應(yīng)減損。

  圖2 閥桿頭部比壓散布

  因?yàn)榇嬖趹?yīng)力散布翹棱均現(xiàn)象，會(huì)對閥門的運(yùn)用生存的年限導(dǎo)致一定的影響。

  在特別指定的背景中，閥桿有沖出體外的有可能。閥桿沖出體外，造成閥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)不可以幫帶球面立體的轉(zhuǎn)動(dòng)，這么就不可以使球閥施行正常的辦公，嚴(yán)重特殊情況導(dǎo)致重大意外。對于上面所說的這些個(gè)事情狀況，把球面立體與閥桿做成一個(gè)群體，使閥桿球面立體一體化，便會(huì)防止這種因空隙合適引動(dòng)的種種失去效力，同時(shí)也不會(huì)使閥桿沖出體外。

  2 優(yōu)化預(yù)設(shè)

  閥桿球面立體一體化，做成固定式硬嚴(yán)密封閉球閥，這么可以優(yōu)化平常的球閥的一點(diǎn)性能，使之能夠更加高效、安全地施行辦公。下邊以4"QS347Y-600Lb對分硬嚴(yán)密封閉球閥為例（圖3），施行剖析。

  圖3 4"QS347Y-600Lb對分硬嚴(yán)密封閉球閥

  2.1 球桿一體的具體加工辦法

  對于閥桿，材料應(yīng)合乎GB/T1220的規(guī)定，選用17-4PH不銹鋼，它是馬氏體沉淀硬化型不銹鋼，其性能獨(dú)特的地方是便于經(jīng)過變化熱處置工藝調(diào)試強(qiáng)度級別，況且該材料衰減性能好，抗腐蝕疲乏及抗水滴性能強(qiáng)，適應(yīng)制造像閥桿這么的軸類零件。鍛件要施行固溶處置，使合金中各種相充分溶解，鞏固固溶體，并增長韌性及抗蝕性能，消弭應(yīng)力與軟化，以便接著加工或成型，經(jīng)熱處置后硬度要達(dá)到40~42HRC。

  對于球面立體，材料應(yīng)合乎ASTMA182的規(guī)定，選用F304不銹鋼，它是一種通用性的不銹鋼材料，防銹性能比200系列的不銹鋼材料好強(qiáng)。耐高溫方面也比較好，304不銹鋼具備良好的不銹耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。對氧氣化性酸，在實(shí)驗(yàn)中得出：液體濃度≤65百分之百的沸騰溫度以下的硝鏹水中，304不銹鋼具備很強(qiáng)的抗腐蝕性，對堿溶液及大多有機(jī)酸和無機(jī)酸亦具備令人滿意的耐腐蝕有經(jīng)驗(yàn)。球面立體與閥桿同樣，也要施行鍛件的固溶處置，改善鋼和合金的范性和韌性，為沉淀硬化處置作好準(zhǔn)備。

  球面立體與閥桿連署部位的尺寸48與閥桿過盈合適0.15~0.20mm，具體加工辦法為：將球面立體加熱到400℃，保暖20min，而后將閥桿非常準(zhǔn)確地插進(jìn)去球面立體，使之冷卻后行燒焊，球面立體與閥桿的燒焊部位如圖4所示，并趁早回火消弭應(yīng)力。這么，閥桿與球面立體就被燒焊成了一個(gè)群體，而后噴焊Ni60，Ni60的化學(xué)成分和主要性能見表1。

  表1 Ni60自熔合金的化學(xué)成分和主要性能

  圖4 球面立體與閥桿燒焊部位概況圖

  Ni60粉噴焊層硬度在60HRC左右，與滲碳、滲氮、滲硼、鍍鉻和某些堆焊合金等外表硬化處置后的硬度相當(dāng)，并具備良好的耐磨性、耐蝕性和抗高溫氧氣化的綜合性能，已被廣泛用于冶煉金屬、機(jī)械、礦山、燃料、化工、輕工、交通工具等領(lǐng)域易損器件的修復(fù)和盡力照顧，能幾倍乃至于幾十倍地增長運(yùn)用生存的年限，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)形態(tài)效益。一樣，在球面立體與閥桿上噴焊Ni60是對其外表施行鞏固，使之具備較高的硬度和良好的耐磨性等綜合性能。

  Ni60噴焊工藝流程如圖5所示，那里面外表處置與預(yù)熱尤為關(guān)緊。噴焊層與基體的接合強(qiáng)度，除決定于于自熔合金面子性能和噴焊工藝操作外，還與被噴作件外表處置是否合乎要求有直接關(guān)系。對于預(yù)修恢復(fù)工作件的外表疲乏層、滲碳層、氧氣化層、鍍鉻層、銹斑、油污等需先去掉除掉。處置辦法（手工）：用角向磨光機(jī)或電動(dòng)磨頭徹底整理至露出基體金屬本身光澤為宜。對噴焊作件施行預(yù)熱，是為了蒸發(fā)作件外表的水份，并使基體有一定的預(yù)膨脹，增長面子噴敷淤積率，同時(shí)有助于焊層重熔時(shí)與基體的接合。預(yù)熱溫度決定于于作件體積及基體的抗氧氣化性能，普通較小或基體易氧氣化的作件認(rèn)為合適而使用150~200℃預(yù)熱。

  圖5 Ni60噴焊工藝流程

  2.2 關(guān)緊參變量的計(jì)算

  球桿一體化固定式硬嚴(yán)密封閉球閥的一點(diǎn)關(guān)緊參變量的計(jì)算辦法如下所述。

  2.2.1 閥體壁厚S'B

  （1）

  式中：S'B為計(jì)算厚度，mm；p為計(jì)算壓力，MPa；Dn為計(jì)算內(nèi)徑，mm；［L］為許用拉應(yīng)力，MPa；C為腐蝕余量，mm。

  當(dāng)閥體實(shí)際厚度SB≥S'B時(shí)，強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)。

  2.2.2 嚴(yán)密封閉比壓q

  q=DMJ（PS-PN）/（4bM）    （2）

  式中：DMJ為嚴(yán)密封閉面均勻直徑，mm；PS為整定壓力（預(yù)設(shè)選定約1.1PN），MPa；PN為公稱壓力，MPa；bM為嚴(yán)密封閉面寬度，mm；qMF為嚴(yán)密封閉面上務(wù)必的比壓，MPa；［q］為嚴(yán)密封閉面許用比壓，MPa。

  嚴(yán)密封閉比壓應(yīng)該滿意qMF<不銹鋼閥門q<［q］。

  2.2.3 閥桿的總力矩MF

  MF=MQC+MFT+MZC     （3）

  MQC=MQC1+MQC2     （4）

  MFT=0.5QT桿     （5）

  MZC=0.3927D2JHPNfzDQJ     （6）

  式中：MQC1為閥座對球預(yù)緊力萌生的磨擦力矩，Nmm；MQC2為媒介辦公壓力萌生的磨擦力矩，Nmm；QT為填料與閥桿的磨擦力，N；桿為閥桿直徑，mm；DJH為閥座套筒外徑，mm；fz為磨擦因子；DQJ為軸頸直徑，mm。

  2.2.4 斷面扭應(yīng)力

  Ⅰ斷面扭應(yīng)力（方頭）：

  因?yàn)殚y桿頭部與閥體接觸，承擔(dān)非常大的扭應(yīng)力，為滿意性能的要求，應(yīng)該計(jì)算斷面扭應(yīng)力，使之小于許用扭應(yīng)力。斷面位置如圖6所示。

  N1=MF/W1    （7）

  Ⅱ斷面扭應(yīng)力（閥桿）：

  閥桿與閥桿頭部的部位直徑忽然變小，最容易發(fā)生扭曲、變型，因此萌生掉轉(zhuǎn)切應(yīng)力。所以要計(jì)算閥桿與頭部的扭應(yīng)力，一樣使之要小于許用扭應(yīng)力。斷面位置如圖6所示。

  圖6 閥桿頭部斷面位置

  N2=MF/W2    （8）

  式中：W1、W2為抗扭斷面系數(shù)。

  3 優(yōu)化剖析

  不銹鋼球閥3.1 連署處應(yīng)力剖析

  圖1所示浮動(dòng)球閥，由于是空隙合適，所以在接觸面上的比壓散布是翹棱均的。擠壓應(yīng)力zy應(yīng)小于材料的許用擠壓應(yīng)力值［zy］，為滿意要求，只能加大閥桿與球面立體接觸部位的尺寸。但加大閥桿與球面立體接觸部位的尺寸將減弱球面立體的強(qiáng)度，并且會(huì)使閥桿與球面立體接觸部位應(yīng)力過大，很容易引動(dòng)硬化層的部分剝落，并逐層擴(kuò)展到達(dá)整個(gè)兒球面，導(dǎo)細(xì)致精密封失去效力。

  對于球桿一體化固定球閥來說就防止了這些個(gè)問題，它與平常的的球閥對比有以下長處。

  （1）閥前流體壓力在球面立體上萌生的效用力氣所有傳交給軸承，消弭了因?yàn)檫M(jìn)口壓力推動(dòng)球面立體與嚴(yán)密封閉座形成的很大嚴(yán)密封閉載荷而導(dǎo)致過大的扭矩，不會(huì)使球面立體向閥座移動(dòng)機(jī)此使閥座不會(huì)承擔(dān)過大的壓力，所以固定球閥的轉(zhuǎn)矩小，閥座變型小，嚴(yán)密封閉性能牢穩(wěn)，運(yùn)用生存的年限長，適合使用于高壓、大口徑場合。

  （2）又由于球面立體與閥桿燒焊為一個(gè)群體，球面立體與驅(qū)動(dòng)裝置開啟的角度體積絕對完全一樣，使開啟、合攏更加正確沒有差錯(cuò)，防止了像平常的浮動(dòng)球閥那樣子，球面立體跟閥桿隨著運(yùn)用時(shí)間的延長，其空隙合適帶來的轉(zhuǎn)動(dòng)不正確，甚至于顯露出來“假轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的弊病。

  3.2 安全性能

  對平常的的球閥，尤其對于老式演員化裝式閥桿的球閥，用它來輸送煤氣時(shí)，當(dāng)球閥處于關(guān)閉狀況時(shí)，積儲(chǔ)在閥座之間的閥體腔體內(nèi)的煤氣會(huì)因借鑒外界卡路里而數(shù)量多氣化，導(dǎo)致腔體內(nèi)壓力異常升高。這種異常升壓現(xiàn)象有可能會(huì)使閥桿沖出體外，如圖7所示。導(dǎo)致嚴(yán)重的意外，造成擔(dān)任職務(wù)的人受傷和死亡。而球面立體一體化閥門，由于球面立體跟閥桿燒焊成一個(gè)群體，就從根本上防止了這種閥桿沖出體外的有可能性，這么就保障了辦公背景的安全性和閥門的靠得住性。

  圖7 異常升壓使演員化裝式閥桿沖出腔體外的事物樣子

  3.3 適合背景

  煤制油（用煤液化法制油）是重點(diǎn)進(jìn)展的一項(xiàng)新技術(shù)，國度已準(zhǔn)許在內(nèi)蒙古自治區(qū)建設(shè)一套年產(chǎn)500萬噸煤直接液化項(xiàng)目。煤直接液扮裝置工藝條件非常刻薄，對閥門提出的要求十分高。此種球桿一體化硬嚴(yán)密封閉球閥耐磨，且抗沖擊有經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)，況且能夠在媒介溫度420~500℃、辦公壓力17~30MPa的工況下辦公。滿意了這種炭化工項(xiàng)目標(biāo)要求，因此增進(jìn)了煤制油工藝進(jìn)展。

  球桿一體化固定式球閥的這些個(gè)優(yōu)良性優(yōu)化了閥門的扼制和安全性能，解決了閥門容易嚴(yán)密封閉失去效力的困難的問題。因此推動(dòng)了閥門行業(yè)的進(jìn)一步的進(jìn)展，為閥門行業(yè)供給了一個(gè)美好的開發(fā)方向。

  4 總結(jié)語

  為適合我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速進(jìn)展，適合各行各業(yè)不一樣媒介和管路提出的新要求，在閥門行業(yè)廣大科學(xué)技術(shù)擔(dān)任職務(wù)的人的盡力盡量下，球閥結(jié)構(gòu)不停地被改進(jìn)，不過此種預(yù)設(shè)也有一定的不充足之處。例如，加工工藝復(fù)雜、成本高、對加工設(shè)施的性能要求相對較高等，所以其預(yù)設(shè)要等待進(jìn)一步研討及優(yōu)化。我們應(yīng)盡力盡量研發(fā)科學(xué)技術(shù)含量高、滿意工程參變量需求、安全性好、靠得住性高、耐卑劣背景有經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)、便于管道徹底掃除、啟閉迅疾的球閥。只有這種高性能的產(chǎn)品才具備廣大寬闊的市場和關(guān)緊的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。