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全焊接球閥球體與閥桿一體化設計與分析

2021-12-22 8:34:22

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全焊接球閥球體與閥桿一體化設計與分析 

  球閥、全焊接球閥閥門是流體管路的控制裝置,其基本功能是接通或切斷管路介質的流通,改變介質的流動方向,調節介質的壓力和流量,保護管路設備的正常運行。隨著現代工業的不斷發展,閥門需求量不斷增長。一幢現代高樓需要大量的閥門,一個現代化的石油化工裝置就需要上萬只各式各樣的閥門。
  球閥、全焊接球閥是20世紀50年代問世的一種新型閥門,具有外型尺寸小、質量較輕、密封性好、流體阻力小、開關迅速方便、便于氣控和電控、使用壽命長、安全可靠性高、維修方便等優點而受到廣泛的歡迎,因此在各行各業的管道上被廣泛采用。很多單位和機構開始研究高質量的球閥,無論從閥體、球體、閥桿、球座、密封元件、驅動裝置等,都得到了很大程度的發展。隨著球閥的廣泛使用,對其設計提出了更高的要求,本文就球體與閥桿一體化方面進行合理的設計與分析,使球閥的部分性能得到了優化,使之能更加安全,穩定的工作。
 
球閥、全焊接球閥存在問題
 
  現在普遍使用的球閥、全焊接球閥大都是球體與閥桿是兩個獨立的零件。通過連接處的間隙配合,使之達到開啟閉合的效果,這樣的連接形式,使用時間久了就會轉動不準確,帶來很大的危害。例如在煤制油、油改煤以及煤氣化等煤化工系統處于介質(煤渣)高硬度、高壓力及高溫度的工況下,閥門應具有耐磨、耐沖刷及快速切斷等功能。閥門啟閉頻繁且速度快(30min動作一次,5~10s/次),在這種情況下閥門的轉動必須準確,否則會對密封性、使用壽命、流量和流速有嚴重的影響。
  對球閥、全焊接球閥來說,閥桿與球體接觸部位應力過大,很容易引起硬化層的剝落,從而使轉動精度降低。例如,本來是閥桿旋轉90°而終止,由于硬化層的脫落,結果球體有可能旋轉了88°,這樣會帶來一定的阻力,會使閥門的壽命大大縮短,而且硬化層的脫落會導致密封失效。
 
當啟閉閥門時,閥桿與球體的作用部位就會形成比壓,由于閥桿與球體之間的連接是間隙配合,導致在接觸面上的比壓分布也是不均勻的(圖2),越靠近閥桿的邊緣部分擠壓應力δzy越大,這樣造成邊緣部分因應力過大而提前使表面層脫落。相比之下,中間部分所受到的應力會相應減少。
 
 
由于存在應力分布不均勻現象,會對閥門的使用壽命造成一定的影響。
 
在特定的環境中,閥桿有沖出體外的可能。閥桿沖出體外,導致閥桿的轉動不能帶動球體的轉動,這樣就不能使球閥進行正常的工作,嚴重時會造成重大事故。對于上述這些情況,把球體與閥桿做成一個整體,使閥桿球體一體化,就會避免這種因間隙配合引起的種種失效,同時也不會使閥桿沖出體外。
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