自平衡角式截止閥的設(shè)計和計算

2013-11-02 胡旭沈陽盛世高中壓閥門有限公司

　　介紹了自平衡角式截止閥的工作原理及材料選用，提供了一次薄膜應(yīng)力極限計算公式和強度及其性能試驗。

1、概述

　　在合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)中應(yīng)用的角式截止閥，開啟高度小，密封面摩擦力小，制造工藝好，維修方便。由于截止閥屬于強制密封式閥門，所以在閥門關(guān)閉時，必須向閥瓣施加壓力，以強制密封面不泄漏。為了使閥門開關(guān)更省力，設(shè)計了自平衡角式截止閥。

2、技術(shù)參數(shù)

　　公稱尺寸DN65；公稱壓力PN450；工作介質(zhì)空氣、氮氣、氫氣、氨氣、氦氣；工作溫度-40～50℃；連接方式法蘭連接；驅(qū)動裝置手輪。

3、工作原理

　　角式截止閥的介質(zhì)流向為低進高出，即介質(zhì)由閥瓣下方進入閥門。在此工況條件下，開啟閥門需要克服的阻力是閥桿和填料的摩擦力，關(guān)閉閥門需要克服的阻力是閥桿和填料的摩擦力與由介質(zhì)的壓力所產(chǎn)生的推力。由于關(guān)閉閥門的力比開啟閥門的大，所以按照關(guān)閉閥門力設(shè)計的閥桿直徑較大(否則會發(fā)生閥桿頂彎的故障)，因此增大了閥門體積和質(zhì)量。經(jīng)過分析，將閥瓣和閥桿端部設(shè)置成壓力自平衡結(jié)構(gòu)(圖1)。

　　采用自平衡結(jié)構(gòu)后，閥門關(guān)閉時，介質(zhì)通過閥瓣和閥桿的壓力自平衡孔進入閥瓣上腔，減小了介質(zhì)在閥瓣兩側(cè)的壓力差或流量差，用以調(diào)節(jié)壓力的相對平衡。閥門開啟時，介質(zhì)再由壓力自平衡孔返回閥體內(nèi)部，減小了由介質(zhì)壓力所產(chǎn)生的推力，使開關(guān)更省力。

4、材料選用

　　自平衡角式截止閥主要由閥體、閥瓣、端法蘭、閥蓋、閥桿和壓蓋等組成(表1)。

　　閥體、法蘭和閥瓣等零部件材料選用奧氏體不銹鋼0Cr17Ni12Mo2。在奧氏體不銹鋼中，Mo元素可以促進強化相的產(chǎn)生，有利于材料強度的提高，Mo的耐蝕性能顯著，特別是和Cr相互作用的效果更明顯，可以增加閥門的耐蝕性能。

　　閥瓣蓋和閥桿采用沉淀硬化不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb，此材料對大氣及稀釋酸或鹽具有良好的抗腐蝕能力。0Cr17Ni4Cu4Nb經(jīng)過固溶和時效熱處理后，可以提升材料的機械性能，從而獲得合適的強度和硬度。

自平衡角式截止閥

1.法蘭 2.閥體 3.閥瓣 4.閥瓣蓋 5.閥桿 6.閥蓋 7.閥桿座 8.填料壓蓋 9.軸承座 10.軸承 11.閥桿螺母 12.油杯 13.撞擊塊 14.撞擊手輪 15.鎖緊螺母 16.鍵

圖1 自平衡角式截止閥

5、設(shè)計計算

　　自平衡角式截止閥按照GB/T 12233-2006、GB/T 12235-2007和JB/T 53174-94設(shè)計，并根據(jù)標準要求進行閥體壁厚、閥桿強度、閥體與閥蓋連接螺栓強度的校核及一次薄膜應(yīng)力極限分析，分析結(jié)果達到設(shè)計要求。

　　應(yīng)力分析遵循RCC-MB3552.1，一次薄膜應(yīng)力基本上是由內(nèi)壓產(chǎn)生的。在內(nèi)壓作用下，閥體的最高應(yīng)力是在閥頸與閥體端部交接處的拐角區(qū)，其特點是有一個環(huán)向拉應(yīng)力垂直于閥頸和閥體端部中心線的平面(圖2中面積Am)。

表1 主要零部件材料

主要零部件材料