上海申弘閥門有限公司
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之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹固定式鈦合金球閥設(shè)計(jì)研發(fā)鈦以其良好的機(jī)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(diǎn)，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(dòng)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(jìn)行了固定式鈦球閥的設(shè)計(jì)與研制．研制出了 DN80，DN50，DN40，DN25，且使用壓力高達(dá) 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(jì)計(jì)算過程，主要研制工藝及其特點(diǎn)。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(dòng)實(shí)現(xiàn)啟閉動(dòng)作的閥門。球閥的啟閉件是一個(gè)有孔的球體，繞垂直于通道的軸線旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)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(jì)研發(fā)球閥主要優(yōu)點(diǎn)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(jiǎn)單，相對(duì)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(dòng)，噪聲小。
1 固定式鈦合金球閥設(shè)計(jì)研發(fā)設(shè)計(jì)與研制
1.1 設(shè)計(jì)計(jì)算
1.1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)
工作介質(zhì)：醋酸；
使用溫度：225℃；
設(shè)計(jì)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(dòng)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(qiáng)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(qiáng)度高、耐蝕性能強(qiáng)、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(jìn)船用球閥的耐用性，提高可靠性和使用性，減少維修和維護(hù)費(fèi)。通過系統(tǒng)對(duì)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(diǎn)。該缺點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致由鈦合金材料制造的球軸與閥座組成的對(duì)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(duì)閥體、球軸進(jìn)行表面硬化處理（見圖4），從而提高其耐磨性能。同時(shí)，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(rùn)滑不粘性、耐腐蝕性，摩擦系數(shù)很低，而且靜、動(dòng)摩擦系數(shù)接近。但聚四氟乙烯的機(jī)械強(qiáng)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(qiáng)聚四氟乙烯，這種聚四氟乙烯以上的缺點(diǎn)將大大改善，用于球閥閥座，壽命也延長(zhǎng)，密封效果也大大提高。
氫化丁腈橡膠（HNBR）是由丁腈橡膠進(jìn)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(shí)氫化丁腈橡膠還具有高強(qiáng)度，高撕裂性能、耐磨性能優(yōu)異等特點(diǎn)，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(bǔ)償功能。
鈦合金球閥的密封效果和使用壽命。作者設(shè)計(jì)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(qiáng)聚四氟乙烯整體式彈性補(bǔ)償閥座的2種密封形式在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)表明：在試驗(yàn)壓力3.0MPa，流速5.5m/s試驗(yàn)條件下，聚四氟乙烯彈簧組彈性閥座在6000次動(dòng)作試驗(yàn)后，在0～3.0MPa壓力時(shí)都發(fā)生泄漏；而增強(qiáng)聚四氟乙烯整體式彈性補(bǔ)償閥座的鈦合金球閥在10萬次動(dòng)作后，在0～3.0MPa壓力時(shí)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(zhǎng)，其使用壽命是普通球閥壽命的16倍之多。
1.1.3 設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）閥體壁厚的設(shè)計(jì)
采用公式：SB=DN(K0-1)/s＋C，計(jì)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(gè)即可滿足強(qiáng)度要求。
根據(jù)公式算得進(jìn)、出口法蘭蓋與閥體之間連接螺栓用 M30mm×45mm 的 1Cr18Ni9Ti 螺栓 8 個(gè)，即可滿足強(qiáng)度要求。
1.2 技術(shù)關(guān)鍵
由于使用壓力高達(dá) 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(xiàng)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(jì)專門的工裝胎具及加工與密封工藝，達(dá)到了密封與承壓目標(biāo)，一次試較成功。
1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
鈦制固定式球閥與浮動(dòng)式球閥相比具有以下 3 個(gè)特點(diǎn)。
（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(dòng)式鈦球閥在高壓時(shí)不可靠，在介質(zhì)為粘稠液體時(shí)，球與密封環(huán)之間微小的浮動(dòng)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(dá)到良好密封的效果。
（3）采用線密封
普通浮動(dòng)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(shí)，微觀面上的凸凹點(diǎn)易引起泄漏，達(dá)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(jì)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(diǎn)。
（3）設(shè)計(jì)研制的固定式高壓鈦球閥，在技術(shù)水平上屬國內(nèi)，且達(dá)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
