上海申弘閥門有限公司
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之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現(xiàn)在介紹固定式鈦合金球閥設(shè)計研發(fā)鈦以其良好的機械性能及優(yōu)異的耐蝕性，廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥衛(wèi)生，制鹽、氯堿、航空等領(lǐng)城。在化工方面主要用作壓力容器，輸送管線及泵閥。其中鐵制固定式球閥，以其良好的密封性，優(yōu)異的耐蝕性能及適應(yīng)高的工作壓力等特點，廣泛應(yīng)用于石油、化工行業(yè)。目前，國內(nèi)沒有固定式鈦球閥，只有浮動式鈦球悶，在世界上只有美國、德國、日本等少數(shù)國家可以生產(chǎn)固定式鈦球閥，為了滿足石化行業(yè)使用工作壓力高、密封性好、具有良好的耐蝕性等要求，拓寬鈦材的使用范圍，進行了固定式鈦球閥的設(shè)計與研制．研制出了 DN80，DN50，DN40，DN25，且使用壓力高達 9.8MPa 的固定式鈦球閥，*，為批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，為大型石化企業(yè)耐腐蝕設(shè)備的國產(chǎn)化改造提供了技術(shù)及物質(zhì)保證。本文闡述固定式鈦球閥的設(shè)計計算過程，主要研制工藝及其特點。球閥是用帶有圓形通道的球體作啟閉件，球體隨閥桿轉(zhuǎn)動實現(xiàn)啟閉動作的閥門。球閥的啟閉件是一個有孔的球體，繞垂直于通道的軸線旋轉(zhuǎn)，從而達到啟閉通道的目的。球閥主要供開啟和關(guān)閉管道和設(shè)備介質(zhì)之用。
固定式鈦合金球閥設(shè)計研發(fā)球閥主要優(yōu)點如下：
１、適用于經(jīng)常操作，啟閉迅速、輕便。
２、流體阻力小。
３、結(jié)構(gòu)簡單，相對體積小，重量輕，便于維修。
４、密封性能好
５、不受安裝方向的限制，介質(zhì)的流向可任意。
６、無振動，噪聲小。
1 固定式鈦合金球閥設(shè)計研發(fā)設(shè)計與研制
1.1 設(shè)計計算
1.1.1 設(shè)計技術(shù)參數(shù)
工作介質(zhì)：醋酸；
使用溫度：225℃；
設(shè)計壓力：9.8MPa；
公稱通徑：80mm。
1.1.2 材料選擇
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥根據(jù)使用溫度及醋酸的濃度，查知鈦的腐蝕率為 ＜0.127mm/a，和耐蝕不銹鋼及其它有色金屬相比，選擇 TA2即符合使用條件；根據(jù)使用的工作壓力，為了保證其結(jié)構(gòu)強度，選擇 TA2 鍛造件；根據(jù)使用溫度、工作壓力，選擇柔性石墨和浸銻石墨做密封材料。鈦及鈦合金具有密度小、比強度高、耐蝕性能強、耐高低溫、可冷熱成形、焊接性能好等優(yōu)異性能，特別是在海水中具有優(yōu)良的耐蝕性和耐沖刷腐蝕性，它在海水中的腐蝕率近于零，是海洋環(huán)境的優(yōu)選結(jié)構(gòu)材料。因此，鈦合金在球閥上的應(yīng)用可有效地改進船用球閥的耐用性，提高可靠性和使用性，減少維修和維護費。通過系統(tǒng)對鈦合金材料的力學(xué)性能和耐腐蝕性能的綜合分析，本文采用鑄造鈦合金ZTi2材料經(jīng)熔模精密鑄造的方法制備閥體、采用鈦合金TC4棒材制備球軸。
鈦合金材料雖然具有很多的優(yōu)異性能，但卻存在不耐磨損的缺點。該缺點會導(dǎo)致由鈦合金材料制造的球軸與閥座組成的對偶件的耐磨性能下降，從而影響球閥的密封性能和使用壽命。本文采用微弧氧化技術(shù)對閥體、球軸進行表面硬化處理（見圖4），從而提高其耐磨性能。同時，有效防止在使用中與鈦合金接觸的由銅、鋼、銅基合金制造的附件產(chǎn)生加速腐蝕現(xiàn)象。
球閥閥座一般都采用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、高潤滑不粘性、耐腐蝕性，摩擦系數(shù)很低，而且靜、動摩擦系數(shù)接近。但聚四氟乙烯的機械強度、剛性和硬度等較差，承載能力低，且在外力作用下容易發(fā)生蠕變（冷流性）；此外，它的導(dǎo)熱系數(shù)低，熱膨脹大以及不耐磨。因此，新型鈦合金球閥不采用純聚四氟乙烯，而是采用添加填充25%碳纖維的增強聚四氟乙烯，這種聚四氟乙烯以上的缺點將大大改善，用于球閥閥座，壽命也延長，密封效果也大大提高。
氫化丁腈橡膠（HNBR）是由丁腈橡膠進行特殊加氫處理而得到的一種高度飽和的彈性體，它具有良好的耐熱性能，優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能，優(yōu)異的耐臭氧性能，較高的抗壓縮*變形性能；同時氫化丁腈橡膠還具有高強度，高撕裂性能、耐磨性能優(yōu)異等特點，是綜合性能極為出色的橡膠之一。本文中采用氫化丁腈橡膠制備空心橡膠圈，以保證其能提供球閥密封所需的zui小預(yù)緊力及可靠的彈性補償功能。
鈦合金球閥的密封效果和使用壽命。作者設(shè)計了DN80（PN3.0MPa）船用鈦合金球閥，并分別采用聚四氟乙烯彈簧組彈性閥座和增強聚四氟乙烯整體式彈性補償閥座的2種密封形式在試驗臺上進行對比試驗。試驗表明：在試驗壓力3.0MPa，流速5.5m/s試驗條件下，聚四氟乙烯彈簧組彈性閥座在6000次動作試驗后，在0～3.0MPa壓力時都發(fā)生泄漏；而增強聚四氟乙烯整體式彈性補償閥座的鈦合金球閥在10萬次動作后，在0～3.0MPa壓力時均無泄漏發(fā)生。由此可見，新型船用鈦合金球閥的高低壓密封性能良好，密封壽命長，其使用壽命是普通球閥壽命的16倍之多。
1.1.3 設(shè)計計算
（1）閥體壁厚的設(shè)計
采用公式：SB=DN(K0-1)/s＋C，計算結(jié)果為 16 mm
（2）閥蓋與閥體之間聯(lián)接螺栓的選擇
根據(jù)使用壓力，選擇 1Cr18Ni9Ti 螺栓，選取 M30mm×55mm 的螺栓 8 個即可滿足強度要求。
根據(jù)公式算得進、出口法蘭蓋與閥體之間連接螺栓用 M30mm×45mm 的 1Cr18Ni9Ti 螺栓 8 個，即可滿足強度要求。
1.2 技術(shù)關(guān)鍵
由于使用壓力高達 9.8MPa，因此，密封及承壓是技術(shù)關(guān)鍵，在研制過程中，采用了 3 項措施，解決了這一關(guān)鍵技術(shù)問題。
① 保證球體與上下球桿的同軸度；
② 保證上下球桿與 Φ80mm 通孔的垂直度；
③ 保證球面粗糙度。
通過設(shè)計專門的工裝胎具及加工與密封工藝，達到了密封與承壓目標，一次試較成功。
1.3 結(jié)構(gòu)特點
鈦制固定式球閥與浮動式球閥相比具有以下 3 個特點。
（1）在密封原理上，采用后密封。
（2）適用于高壓、粘稠液體。
普通的浮動式鈦球閥在高壓時不可靠，在介質(zhì)為粘稠液體時，球與密封環(huán)之間微小的浮動間隙易造成堵塞，從而使閥門啟閉困難或失去密封作用。而采用固定式鈦球閥，因使用了彈簧，使密封環(huán)與球體始終保持緊密接觸，利用高壓介質(zhì)達到良好密封的效果。
（3）采用線密封
普通浮動式鈦球閥的球體與密封環(huán)之間為球面密封，其單位面積上的密封比壓小，且在高壓時，微觀面上的凸凹點易引起泄漏，達不到密封要求。而固定式鈦球閥其球體與密封環(huán)之間采用線密封，增加了單位面積的密封比壓，且壓力越高，密封的效果越好，從而保證了高壓工作的可靠性。
2 結(jié)論
（1）設(shè)計研制的固定式高壓鈦球閥，滿足了石化工業(yè)的需要，使用情況良好。
（2）固定式高壓鈦球閥具有高壓使用可靠、密封良好等特點。
（3）設(shè)計研制的固定式高壓鈦球閥，在技術(shù)水平上屬國內(nèi)，且達到了同類產(chǎn)品水平。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥
