固定式高壓鈦合金球閥設(shè)計(jì)研究

之前介紹組合式減壓閥在國(guó)華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹固定式高壓鈦合金球閥設(shè)計(jì)研究固定式高壓鈦合金球閥設(shè)計(jì)研究鈦以其良好的機(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、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(guó)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(guó)、德國(guó)、日本等少數(shù)國(guó)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(guó)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)。國(guó)標(biāo)蝸輪固定式球閥有二塊式和三塊式兩種閥體結(jié)構(gòu),中法蘭用螺栓連接,密封采用增強(qiáng)聚四氟乙烯鑲?cè)氩讳P鋼圈內(nèi),鋼圈后部沒有彈簧保證閥座緊貼球體,保持密封。上下閥桿均沒有PTFE軸承,減少磨擦,操作省力,小軸底部沒有調(diào)整片,保證球與密封圈的接處位置。全通徑：閥門流量孔徑與管線內(nèi)徑一致,以便管線清掃。

固定式高壓鈦合金球閥設(shè)計(jì)研究Q347F/H國(guó)標(biāo)蝸輪固定式球閥產(chǎn)品特點(diǎn)
1,采用圓柱形彈簧或波形彈簧預(yù)載的襝性可動(dòng)金屬閥座結(jié)構(gòu),密封預(yù)緊力設(shè)計(jì)合理,閉啟靈活,有效保證密封的可靠性。
2 ,采用特殊結(jié)構(gòu)裝置的閥桿,不僅確保填寫料處還會(huì)滲漏,且防止了閥桿脫出。
3,根據(jù)用戶的需要,可設(shè)計(jì)成適應(yīng)粉塵（包括含固體顆粒）,漿料等介質(zhì)的結(jié)構(gòu),使球閥耐磨及耐高溫性能更好。
4,本身具有防火防靜電功能。
5,該結(jié)構(gòu)球閥應(yīng)按規(guī)定流向使用。


1 固定式高壓鈦合金球閥設(shè)計(jì)研究設(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 固定式高壓鈦合金球閥設(shè)計(jì)研究材料選擇

上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥根據(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。
固定球閥彈簧組彈性閥座是一種涉及高、低和普通溫度的密封結(jié)構(gòu)，應(yīng)用十分廣泛。彈簧組彈性閥座閥前密封、彈簧組彈性閥座閥后密封、彈簧組彈性閥座雙面密封三種形式的密封結(jié)構(gòu)特點(diǎn)各不相同，在應(yīng)用時(shí)必須選擇正確。密封壓比受受壓面積壓差推動(dòng)力、預(yù)緊彈簧彈力及滑動(dòng)摩擦力影響。同時(shí)受到受壓面積壓差推動(dòng)力影響較大。然而，兩受壓面中徑尺寸一般相差不大。所以設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行的計(jì)算。
固定球閥 1.閥體2.彈簧3.閥座密封圈4.閥座5.球體密封圈6.球體圖1 彈簧組彈性閥座
1、固定球閥彈簧組彈性閥座的閥體接觸面中徑d1和球體接觸面中徑d2的大小關(guān)系決定了閥門的三種密封形式。
2、固定球閥彈簧組彈性閥座的密封比壓(即密封的可靠性)主要取決于閥體接觸面中徑d1和球體接觸面中徑d2的比例關(guān)系。
     3、對(duì)三種密封結(jié)構(gòu)來(lái)說，閥前閥座密封，可以使用在壓力P≤10MPa的腐蝕和液化氣體中以及閥門通徑較大的場(chǎng)合；閥后閥座密封，通常使用于壓力P≥16MPa的80～100通徑的閥門中；雙面密封，特別使用于危險(xiǎn)的對(duì)密封要求高的場(chǎng)所。

1.1.3 固定式高壓鈦合金球閥設(shè)計(jì)研究設(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 固定式高壓鈦合金球閥設(shè)計(jì)研究技術(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 固定式高壓鈦合金球閥設(shè)計(jì)研究結(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。

固定式高壓鈦合金球閥設(shè)計(jì)研究技術(shù)規(guī)范

設(shè)計(jì)依據(jù)	國(guó)標(biāo)系列	美標(biāo)系列
設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)	GB/T12237	AP16D	ANSI B16.34
法蘭連接結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度	GB/T12221	AP16D	ANSI B16.10
結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度（焊接）	GB/T15188.1	AP16D	ANSI B16.10
連接法蘭	GB/T9113 JB/T79 Hg20592	ANSI B16.5,B16.47
對(duì)焊端	GB/T12224	ANSI B16.25
試驗(yàn)和檢驗(yàn)	GB/T9092	AP16D	AP1598

Q347F/H國(guó)標(biāo)蝸輪固定式球閥 試驗(yàn)壓力

壓力等級(jí)		試驗(yàn)壓力（MPa）
公稱壓力（PN）	磅級(jí)（Class）	殼體試驗(yàn)	密封試驗(yàn)
1.0	-	1.5	1.1
1.6	-	2.5	1.76
2.5	-	3.8	2.75
4.0	-	6.0	4.4
6.4	-	9.6	7.04
-	150	3.0	2.2
-	300	7.6	5.6
-	600	15.0	11.0
-	10K	2.4	1.5
-	20K	5.8	4.0

固定式高壓鈦合金球閥設(shè)計(jì)研究固定式球閥工作原理
一、固定式球閥開啟過程
1在關(guān)閉位置，球體受閥桿的施壓作用，緊壓在閥座上。
2當(dāng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí)，閥桿則反向運(yùn)動(dòng)，其底部角形平面使球體脫開閥座。
3閥桿繼續(xù)提升，并與閥桿螺旋槽內(nèi)的導(dǎo)銷相互作用，使球體開始無(wú)摩擦地旋轉(zhuǎn)。
4直至到全開位置，閥桿提升到極限位置，球體旋轉(zhuǎn)到全開位置。
二、固定式球閥關(guān)閉過程
1關(guān)閉時(shí)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，閥桿開始下降并使球體離開閥座開始旋轉(zhuǎn)。
2繼續(xù)旋轉(zhuǎn)手輪，閥桿受到嵌于其上螺旋槽內(nèi)的導(dǎo)銷的作用，使閥桿和球體同時(shí)旋轉(zhuǎn)90°。
3 快要關(guān)閉時(shí)，球體已在與閥座無(wú)接觸的情況下旋轉(zhuǎn)了90°。
4手輪轉(zhuǎn)動(dòng)的后幾圈，閥桿底部的角形平面機(jī)械地楔向壓迫球體，使其緊密地壓在閥座上，達(dá)到*密封。
固定式球閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1、 固定式球閥啟閉無(wú)摩擦。這一功能完*了傳統(tǒng)閥門因密封面之間相互摩擦而影響密封的問題。
2、 上裝式結(jié)構(gòu)。對(duì)裝在管道上的閥門可直接在線檢查與維修，能有效減少裝置停車，降低成本。
3、 單閥座設(shè)計(jì)。消除了閥門中腔介質(zhì)因異常升壓而影響使用安全的問題。
4、 低扭矩設(shè)計(jì)。特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的閥桿，只需配一個(gè)小手輪閥門就能輕松啟閉。
5、 楔形密封結(jié)構(gòu)。閥門是靠閥桿提供的機(jī)械力，將球楔壓到閥座上而密封，使閥門的密封性不受管線壓差變化的影響，在各種工況下密封性能都有可靠保證。
6、 固定式球閥密封面的自清潔結(jié)構(gòu)。當(dāng)球體傾離閥座時(shí)，管線中的流體沿球體密封面成360°均勻通過，不僅消除了高速流體對(duì)閥座局部的沖刷，也沖走了密封面上的聚積物，達(dá)到自清潔的目的。與本產(chǎn)品相關(guān)論文禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護(hù) 

2 固定式高壓鈦合金球閥設(shè)計(jì)研究結(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(guó)內(nèi)，且達(dá)到了同類產(chǎn)品水平。