1 存在問題

  如今存在廣泛運用的球閥大都是球面立體與閥桿是兩個獨立的零件，如圖1所示。經(jīng)過連署處的空隙合適，使之達到開啟合攏的效果，這么的連署方式，運用時間久了便會轉(zhuǎn)動不正確，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、耐沖刷及迅速截斷等功能。閥門啟閉次數(shù)多且速度快（30min動作一次，5～10s/次），在這種事情狀況下閥門的轉(zhuǎn)動務(wù)必正確，否則會對嚴密封閉性、運用生存的年限、流量和流速有嚴重的影響。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，很容易引動硬化層的剝落，因此使轉(zhuǎn)動精密度減低。例如，壓根兒是閥桿旋轉(zhuǎn)90而終止，因為硬化層的剝離，最后結(jié)果球面立體可能旋轉(zhuǎn)了88，這么會帶來一定的阻力，會使閥門的生存的年限大大縮減，并且硬化層的剝離會導(dǎo)細致精密封失去效力。

  圖1 一種常用球閥結(jié)構(gòu)概況圖

  當啟閉閥門時，閥桿與球面立體的效用部位便會形成比壓，因為閥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)力會相應(yīng)減損。

  圖2 閥桿頭部比壓散布

  因為存在應(yīng)力散布翹棱均現(xiàn)象，會對閥門的運用生存的年限導(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)動不可以幫帶球面立體的轉(zhuǎn)動，這么就不可以使球閥施行正常的辦公，嚴重特殊情況導(dǎo)致重大意外。對于上面所說的這些個事情狀況，把球面立體與閥桿做成一個群體，使閥桿球面立體一體化，便會防止這種因空隙合適引動的種種失去效力，同時也不會使閥桿沖出體外。

  2 優(yōu)化預(yù)設(shè)

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

  圖3 4"QS347Y-600Lb對分硬嚴密封閉球閥

  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，其性能獨特的地方是便于經(jīng)過變化熱處置工藝調(diào)試強度級別，況且該材料衰減性能好，抗腐蝕疲乏及抗水滴性能強，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。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，在實驗中得出：液體濃度≤65百分之百的沸騰溫度以下的硝鏹水中，304不銹鋼具備很強的抗腐蝕性，對堿溶液及大多有機酸和無機酸亦具備令人滿意的耐腐蝕有經(jīng)驗。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，而后將閥桿非常準確地插進去球面立體，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群體，而后噴焊Ni60，Ni60的化學成分和主要性能見表1。

  表1 Ni60自熔合金的化學成分和主要性能

  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，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用生存的年限，獲得了顯著的經(jīng)濟效益和社會形態(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）：用角向磨光機或電動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，同時有助于焊層重熔時與基體的接合。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)緊參變量的計算

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

  2.2.1 閥體壁厚S'B

  （1）

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

  當閥體實際厚度SB≥S'B時，強度符合標準。

  2.2.2 嚴密封閉比壓q

  q=DMJ（PS-PN）/（4bM）    （2）

  式中：DMJ為嚴密封閉面均勻直徑，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為嚴密封閉面寬度，mm；qMF為嚴密封閉面上務(wù)必的比壓，MPa；［q］為嚴密封閉面許用比壓，MPa。

  嚴密封閉比壓應(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）：

  因為閥桿頭部與閥體接觸，承擔非常大的扭應(yīng)力，為滿意性能的要求，應(yīng)該計算斷面扭應(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度，并且會使閥桿與球面立體接觸部位應(yīng)力過大，很容易引動硬化層的部分剝落，并逐層擴展到達整個兒球面，導(dǎo)細致精密封失去效力。

  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，消弭了因為進口壓力推動球面立體與嚴密封閉座形成的很大嚴密封閉載荷而導(dǎo)致過大的扭矩，不會使球面立體向閥座移動機此使閥座不會承擔過大的壓力，所以固定球閥的轉(zhuǎn)矩小，閥座變型小，嚴密封閉性能牢穩(wěn)，運用生存的年限長，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群體，球面立體與驅(qū)動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，防止了像平常的浮動球閥那樣子，球面立體跟閥桿隨著運用時間的延長，其空隙合適帶來的轉(zhuǎn)動不正確，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，當球閥處于關(guān)閉狀況時，積儲在閥座之間的閥體腔體內(nèi)的煤氣會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)象有可能會使閥桿沖出體外，如圖7所示。導(dǎo)致嚴重的意外，造成擔任職務(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）是重點進展的一項新技術(shù)，國度已準許在內(nèi)蒙古自治區(qū)建設(shè)一套年產(chǎn)500萬噸煤直接液化項目。煤直接液扮裝置工藝條件非?？瘫。瑢﹂y門提出的要求十分高。此種球桿一體化硬嚴密封閉球閥耐磨，且抗沖擊有經(jīng)驗強，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目標要求，因此增進了煤制油工藝進展。

  球桿一體化固定式球閥的這些個優(yōu)良性優(yōu)化了閥門的扼制和安全性能，解決了閥門容易嚴密封閉失去效力的困難的問題。因此推動了閥門行業(yè)的進一步的進展，為閥門行業(yè)供給了一個美好的開發(fā)方向。

  4 總結(jié)語

  為適合我國國民經(jīng)濟的迅速進展，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)廣大科學技術(shù)擔任職務(wù)的人的盡力盡量下，球閥結(jié)構(gòu)不停地被改進，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)要等待進一步研討及優(yōu)化。我們應(yīng)盡力盡量研發(fā)科學技術(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)驗強、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)濟價值。