ZSHO氣動(dòng)O型氧氣切斷球閥產(chǎn)品說(shuō)明

介紹了氧氣切斷球閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及所需滿足的苛刻工況要求;采用有限元分析方法對(duì)閥體、球體、閥座、支撐板、閥桿等承壓件的強(qiáng)度進(jìn)行了有限元分析;介紹了對(duì)球體磨削、零部件裝配等關(guān)鍵制作步驟的控制過(guò)程;結(jié)果表明，研制成功的氧氣切斷球閥可以滿足苛刻工況要求，實(shí)現(xiàn)了氧氣切斷球閥的國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)制造。氧氣切斷球閥廣泛應(yīng)用于各種煤化工、石化、鋼鐵、冶金、空分等行業(yè)。由于氧氣切斷球閥所處工況屬易燃、易爆環(huán)境，任何外漏和內(nèi)漏都有可能造成激烈燃燒、爆炸等嚴(yán)重后果，因此，對(duì)氧氣切斷球閥的設(shè)計(jì)、選材、加工、制造、脫脂、裝配、包裝等環(huán)節(jié)都提出了嚴(yán)格的要求。過(guò)去由于受到裝備和工藝的限制，國(guó)內(nèi)無(wú)法生產(chǎn)氧氣切斷球閥，依賴進(jìn)口，導(dǎo)致閥門價(jià)格昂貴，供貨周期較長(zhǎng)，且維修極為不便，不利于我國(guó)能源計(jì)劃的順利實(shí)施和閥門制造業(yè)的發(fā)展。因此氧氣切斷球閥的國(guó)產(chǎn)化具有十分重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。筆者擬重點(diǎn)介紹針對(duì)氧氣切斷球閥國(guó)產(chǎn)化所進(jìn)行的研究、設(shè)計(jì)和制造。氣動(dòng)O型切斷球閥主要用于截?cái)嗷蚪油ü苈分械慕橘|(zhì)，亦可用用于流體的調(diào)節(jié)與控制，它與其它閥類相比，具有以下一些優(yōu)點(diǎn)。

特點(diǎn)
1、流體阻力小、球閥是所有閥類中流體阻力Z小的一種，即使是縮徑球閥，其流體阻力也相當(dāng)小。
2、止推軸承減小閥桿磨擦力矩，可使閥桿操作平穩(wěn)靈活。
3、閥座密封性能好，采用聚四氟乙烯等彈性材料制成的密封圈，結(jié)構(gòu)易于密封，而且球閥的閥封能力隨著介質(zhì)壓力的增高而增大。
4、閥桿密封可靠，由于閥桿只作彷轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)而不做升降運(yùn)動(dòng)，閥桿的填料密封不易破壞，且密封能力隨著介質(zhì)的壓力增高而增大。
5、由于聚四氟乙烯等材料具有良好的自潤(rùn)滑性，與球體的磨擦損失小，故球閥的使用壽命長(zhǎng)。
6、下裝式閥桿和閥桿頭部凸階防止閥桿噴出，如火災(zāi)造成閥桿密封破壞，凸階與閥體間還可形成金屬接觸，確保閥桿密封。
7、 防靜電功能：在球體、閥桿、閥體之間設(shè)置彈簧，能將開(kāi)關(guān)過(guò)程產(chǎn)生的靜電導(dǎo)出。

1、氧氣切斷球閥苛刻工況要求
　　(1)材料選擇。選擇金屬材料時(shí)，金屬的可燃性是關(guān)鍵考慮的問(wèn)題，而金屬材料的化學(xué)成分、部件厚度、溫度、氧氣壓力、氧氣純度是影響金屬可燃性的主要因素。根據(jù)在使用條件下金屬的可燃性，對(duì)氧氣流速有所限制。如果阻燃金屬材料在系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力下能夠阻燃，則不需要限制流速。選擇非金屬材料時(shí)，需評(píng)估與氧氣的兼容性。在1個(gè)火種鏈中，非金屬材料往往起到鏈接的作用，因此非金屬材料燃燒產(chǎn)生的熱和自燃溫度(AIT)是2個(gè)重要的參數(shù)。
　　(2)密封要求。氧氣切斷球閥的密封需要滿足ANSIB16.104計(jì)算。由于計(jì)算公式是由密封面的平均直徑得出的平均密封比壓，不能反映密封面的密封比Ⅵ級(jí)要求，故主閥體與副閥體連接處密封和閥桿填料處密封需按標(biāo)準(zhǔn)ISO15848-1或SHELLMESCSPE77/312進(jìn)行微泄漏測(cè)試。
　　(3)防火和防靜電功能。氧氣切斷球閥設(shè)計(jì)需考慮失火安全(firesafe)，一旦失火，閥門的外漏和內(nèi)漏不能超過(guò)API607規(guī)定的泄漏標(biāo)準(zhǔn)。軟密封的氧氣切斷球閥的球體被非金屬材料所夾持，有可能產(chǎn)生靜電，必須與閥體導(dǎo)通，在24VDC下，電阻值<10Ω。同時(shí)，氧氣切斷球閥閥體兩端需設(shè)計(jì)靜電連接導(dǎo)出組件與接地電纜連接。
　　(4)自動(dòng)泄壓功能。氧氣切斷球閥必須具備閥腔自動(dòng)卸壓功能。當(dāng)閥門關(guān)閉后，閥腔內(nèi)壓力高于關(guān)閉壓力時(shí)，能自動(dòng)卸壓至壓力低的一側(cè)。
　　(5)內(nèi)部表面光潔度。氧氣在氧氣切斷球閥內(nèi)高速流動(dòng)時(shí)，若碰到毛刺、凹槽、凸肩等將發(fā)生高速摩擦，產(chǎn)生熱量，一旦碰到碳化物還有可能發(fā)生爆炸事故。因此流道內(nèi)壁和切斷球閥內(nèi)件的幾何形狀應(yīng)圓滑過(guò)渡，表面光滑。內(nèi)部表面光潔度必須滿足ISO8501-1Sa2的要求。
　　(6)清潔要求。如果氧氣切斷球閥內(nèi)腔存在油脂、灰塵、鐵屑、鐵銹、水銹、焊渣等極小的固體顆粒雜質(zhì)，在氧氣通過(guò)氧氣切斷球閥時(shí)，可能造成激烈的燃燒、爆炸等嚴(yán)重后果，因此，凡接觸氧氣的零部件必須清潔干凈。氧氣切斷球閥運(yùn)輸和安裝時(shí)需作禁油處理，氧氣切斷球閥需有明顯的禁油標(biāo)記。
　　(7)密封試驗(yàn)。由于氧氣切斷球閥輸送的介質(zhì)是氧氣，高壓和低壓密封試驗(yàn)介質(zhì)都必須采用氮?dú)?。采用氮?dú)庠囼?yàn)可以保證的污染和腐蝕。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
　　氧氣切斷球閥的結(jié)構(gòu)氧氣切斷球閥主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。由氣動(dòng)活塞式執(zhí)行器與球閥組成。防爆氣動(dòng)切斷球閥丨氣動(dòng)開(kāi)關(guān)球閥在管道中可任意位置安裝，只需要用氣動(dòng)執(zhí)行器連接氣源旋轉(zhuǎn)90度的操作和很小的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩就能關(guān)閉嚴(yán)密。*平等的閥體內(nèi)腔為介質(zhì)提供了阻力很小、直通的流道。
　　(1)主閥體和副閥體均采用鍛件，以克服鑄件固有缺陷(如氣孔、夾渣、疏松等)。主閥體和副閥體采用高強(qiáng)度螺栓連接，連接處設(shè)置密封墊片，以保證無(wú)外泄漏。
　　(2)球體上下的支撐軸由支撐板固定在副閥體上，采用固定球支撐板結(jié)構(gòu)。球體與支撐板采用低磨擦系數(shù)軸承，實(shí)現(xiàn)低扭矩設(shè)計(jì)。
　　(3)球體和閥座表面進(jìn)行特殊硬化處理，可大幅提高耐磨性和抗高壓氧氣吹掃能力。球體流道孔邊緣經(jīng)過(guò)鈍化，以保證硬化表層不會(huì)脫落。球體直徑比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的球體直徑大，允許有5%～7%的額外行程，可大幅降低流道孔邊緣磨損，并消除因執(zhí)行機(jī)構(gòu)不準(zhǔn)確關(guān)閉而造成的意外泄漏。球體磨削后與閥座配對(duì)研磨，以確保球體與閥座金屬密封面密合。
　　(4)在低壓下，通過(guò)碟形彈簧的預(yù)緊力和介質(zhì)的壓力實(shí)現(xiàn)密封，在高壓下通過(guò)介質(zhì)的壓力實(shí)現(xiàn)密封。碟形彈簧在確保密封性能的同時(shí)還能避免碟形彈簧前后聚集顆粒異物，也避免了圓柱螺旋彈簧容易進(jìn)入顆粒而發(fā)生推力不均勻，使氧氣切斷球閥產(chǎn)生內(nèi)泄漏。
　　(5)球體與閥桿通過(guò)圓柱銷并采用過(guò)盈配合聯(lián)接，聯(lián)接后球體與閥桿近似1個(gè)整體，*保證球體與閥桿同心，且操作力矩穩(wěn)定。
　　(6)采用低泄漏脫脂組合填料，泄漏率滿足ISO15848或SHELLMESCSPE77/312微泄漏測(cè)試要求。同時(shí)為提高閥桿表面的光潔度，采用毫克能表面加工設(shè)備的毫克能進(jìn)行精加工，加工后閥桿表面光潔度提高3級(jí)以上，粗糙度Ra達(dá)到0.2以下，且閥桿表面顯微硬度提高20%以上。
　　(7)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接板外設(shè)置有機(jī)玻璃防塵板，以防止灰塵和油污等雜質(zhì)進(jìn)入閥桿和閥體內(nèi)，不會(huì)對(duì)閥門造成污染，不存在安全隱患。
　　(8)靜電連接導(dǎo)出組件可將氧氣切斷球閥與地面連通，避免靜電的聚集。
　　(9)氧氣切斷球閥輸送介質(zhì)是氧氣，球體和閥座脫脂處理后在啟閉過(guò)程中屬于干摩擦，選擇的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安全系數(shù)大于2。

3、承壓件有限元分析
　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥用連接軸連接。氣缸內(nèi)輸入氣壓后，作用于活塞上產(chǎn)生一定的推力，
使齒輪型輸出在活塞推動(dòng)下，使齒輪輸出軸于旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)閥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使球閥球體在閥內(nèi)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變閥的流通面積，達(dá)到改變通過(guò)閥內(nèi)介質(zhì)流量目的。 在傳統(tǒng)閥門設(shè)計(jì)中，由于計(jì)算方法的限制，只能根據(jù)材料力學(xué)中提供的一些經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，這種方法不能全面反映閥門的應(yīng)力狀態(tài)，也不能給設(shè)計(jì)人員指出閥門的薄弱環(huán)節(jié)和改進(jìn)方向。因此采用有限元分析作為氧氣切斷球閥的輔助設(shè)計(jì)是必要的，可為閥門設(shè)計(jì)提供幫助。承壓件有限元分析按照ASME第Ⅷ卷進(jìn)行，采用有限元分析的承壓件有：①閥體強(qiáng)度有限元分析見(jiàn)圖2;②球體強(qiáng)度有限元分析見(jiàn)圖3;③閥座強(qiáng)度有限元分析見(jiàn)圖4;④支撐板強(qiáng)度有限元分析見(jiàn)圖5;⑤閥桿強(qiáng)度有限元分析見(jiàn)圖6。

4、關(guān)鍵制造過(guò)程控制
　　(1)球體磨削。高的密封性能和低的操作扭矩是球閥設(shè)計(jì)工作者追求的2個(gè)既定目標(biāo)，而這一目標(biāo)的解決取決于磨球機(jī)的進(jìn)步。為使球體磨削后的圓度≤0.002mm，需采用進(jìn)口高精度數(shù)控磨球機(jī)進(jìn)行包絡(luò)線磨削加工。
　　(2)裝配。氧氣切斷球閥零件裝配前的脫脂采用特殊流程，分為生產(chǎn)前期、超聲波1次清洗、超聲波深度清洗、超聲波脫脂4個(gè)步驟。所有氧氣切斷球閥均需在無(wú)脂閥門裝配車間裝配，采用脫脂手套、特殊裝配工具裝配。裝配后采用高壓氮?dú)庾鳛樾阅軠y(cè)試介質(zhì)，試驗(yàn)后在脫脂檢驗(yàn)室采用紫外線熒光燈檢查，以確保氧氣切斷球閥清潔無(wú)油污。

壓力參數(shù)

ZSHO氣動(dòng)O型氧氣切斷球閥外形尺寸

 
5、結(jié)語(yǔ)
　　氧氣切斷球閥苛刻的使用工況，對(duì)氧氣切斷球閥的設(shè)計(jì)、選材、加工、制造、脫脂、裝配、包裝等環(huán)節(jié)都提出了嚴(yán)格的要求。研制中采用有限元分析對(duì)承壓件進(jìn)行有限元分析，同時(shí)對(duì)球體磨削和裝配關(guān)鍵制造過(guò)程進(jìn)行控制，使研制的氧氣切斷球閥滿足苛刻工況要求。通過(guò)工業(yè)應(yīng)用證明，國(guó)內(nèi)*有能力實(shí)現(xiàn)氧氣切斷球閥的國(guó)產(chǎn)化，并證明氧氣切斷球閥的研制是成功的。啟閉件（球體）由閥桿帶動(dòng)，并繞閥桿的軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的閥門。主要用于截?cái)嗷蚪油ü苈分械慕橘|(zhì)，亦可用于流體的調(diào)節(jié)與控制，其中硬密封V型球閥其V型球芯與堆焊硬質(zhì)合金的金屬閥座之間具有很強(qiáng)的剪切力，特別適用于含纖維、微小固體顆料等介質(zhì)。

球閥的安裝說(shuō)明如下：
A. 球閥不受安裝位置限制，通常用于水平管路安裝。也可用于垂直和傾斜管路安裝，但安裝于垂直或傾斜管路時(shí)所安裝位置要便于操作和檢修。
B. 安裝前必須認(rèn)真準(zhǔn)確核對(duì)閥門標(biāo)志和銘牌參數(shù)是否與管路工況相符。
C. 將閥門通徑兩端的悶蓋拆下。
D. 用棉布沾中性清潔劑將閥門兩端的法蘭油漬和閥門流道內(nèi)徑、球體內(nèi)腔、密封面的殘余油漬擦拭干凈，檢查閥桿與球體是否操作自如。
E. 安裝時(shí)不得利用操作附件進(jìn)行起吊。
F. 連接閥門兩端的法蘭時(shí)密封平面必須安裝單層或多層石棉橡膠墊片或其它與管道等級(jí)相對(duì)應(yīng)的柔性墊片以便于閥門和管路法蘭密封。
G. 安裝時(shí)按閥門的法蘭標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的螺栓、螺母規(guī)格將閥門與管路法蘭連接。在緊定螺母時(shí)一定要均勻?qū)ΨQ擰緊，保證法蘭兩端的螺栓、螺母受力均衡。
H. 檢查是否有漏裝和錯(cuò)裝。清理現(xiàn)場(chǎng),待整體調(diào)試。

訂貨須知：

一、① 產(chǎn)品名稱與型號(hào)②口徑③是否帶附件以便我們的為您正確選型④使用壓力⑤使用介質(zhì)的溫度。當(dāng)使用的場(chǎng)合非常重要或環(huán)境比較復(fù)雜時(shí),請(qǐng)您盡量提供設(shè)計(jì)圖紙和詳細(xì)參數(shù)，由我們的閥門公司專家為您審核把關(guān)。產(chǎn)品所屬球閥選型，感謝您訪問(wèn)我們申弘閥門的如有任何疑問(wèn).您可以致電給我們,我們一定會(huì)盡心盡力為您提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。如需要了解更多其它閥類產(chǎn)品的信息可以點(diǎn)擊減壓閥查看。