閥門組件中閥桿的使用原理

   時間:2014-03-12 18:46:49
閥門組件中閥桿的使用原理簡介
  閥門組件中閥桿的使用原理  閥桿在閥門啟閉過程中不但是運動件、受力件,而且是密封件。同時,它受到介質的衝擊和腐蝕,還與填料產生摩擦。因此在選擇……
閥門組件中閥桿的使用原理正文

閥門組件中閥桿的使用原理

閥桿在閥門啟閉過程中不但是運動件、受力件,而且是密封件。同時,它受到介質的衝擊和腐蝕,還與填料產生摩擦。因此在選擇閥桿材料時,必須保證它在規定的 溫度下有足夠的強度、良好的衝擊韌性、抗擦傷性、耐腐蝕性。閥桿是易損件,在選用時還應注意材料的機械加工性能和熱處理性能。

一、閥桿常用的材料

銅合金

一般選用牌號有QA19-2、HPb59-1-1。適用於公稱壓力小於等於1.6MPa、溫度小於等於200度的低壓閥門。

碳素鋼

一般選用A5、35鋼,經過氮化處理,適用於公稱壓力小於等於2.5MPa的氨閥,水、蒸汽等介質的低、中壓閥門。A5鋼適用於溫度不超過300度的閥門;35鋼適用於溫度不超過450度的 。(註:實路線證明,閥桿採用碳素鋼氮化製造不能很好地解決耐蝕問題,應避免採用。)

合金鋼

一般選用40Cr、38CrMoA1A、20CrMo1V1A等材料。40Cr經過鍍鉻處理后,適用於公稱壓力小於等於32MPa、溫度小於等於450度 的水、蒸汽、石油等介質。38CrMoA1A經過氮化處理,能在工作溫度540度的條件下承受10MPa的壓力,常用於電站閥門上。20CrMo1V1A 經過氮化處理能在工作溫度570度的條件下承受14MPa的壓力,常用於電站閥門上。

不鏽鋼

一般選用 2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2、1Cr18Ni12Mo2Ti等材料。2Cr13、3Cr13不鏽鋼適用於公稱壓力小於等於32MPa、溫度 小於等於450度的水、蒸汽和弱腐蝕性介質,可以通過鍍鉻、高頻淬火等方法強化表面。1Cr17Ni2不鏽鋼閥、低溫閥上,能耐腐蝕性介質。 1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti不銹耐酸鋼用於公稱壓力小於等於6.4MPa、溫度小於等於600度的高溫閥中,也可以用於溫度小於 等於-100度的不鏽鋼閥,低溫閥中。1Cr18Ni9Ti能耐硝酸等腐蝕性介質;1Cr18Ni12Mo2Ti能耐醋酸等腐蝕性介質。 1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti用於高溫閥時,可採用氮化處理,以提高抗擦傷性能。

軸承鉻鋼

選用GCr15,適用於公稱壓力小於等於300MPa、溫度小於等於300度的超高壓閥門中。

用於製作閥桿的材料較多,還有4Cr10Si2Mo馬氏體耐熱鋼、4Cr14Ni14W2Mo奧氏體耐熱鋼等。

閥桿螺母與閥桿以螺紋相配合,直接承受閥桿軸向力,而且牌與支架等閥件的摩擦之中。因此,閥桿螺母除要有一定的強度外,還要求具有摩擦係數小、不鏽蝕、不與閥桿咬死等性能。

二、直行程調節閥閥桿較細的原因:

它涉及一個簡單的機械原理:滑動摩擦大、滾動摩擦小。直行程閥的閥桿上下運動,填料稍壓緊一點,它就會把閥桿包得很緊,產生較大的回差。

為此,閥桿設計得非常細小,填料又常用摩擦係數小的四氟填料,以便減少回差,但由此派出的問題是閥桿細,則易彎,填料壽命也短。解決這個問題,最好的辦法就是用旅轉閥閥桿,即角行程類的調節閥,它的閥桿比直行程閥桿粗2~3倍,且選用壽命長的石墨填料,閥桿剛度好,填料壽命長,其摩擦力矩反而小、回差小。

三、超高壓截止閥閥桿軸向密封力的分析

闡述了超高壓截止閥在不同密封型式下軸向力的計算及其確定並加以論證,分析了超高壓截止閥的密封機理和密封面加工精度對截止閥軸向力的影響以及密封副材料的選用。

1、概述

超高壓截止閥密封副材料通常為金屬對金屬,為了使截止閥關閉時密封嚴密,必須提高密封面的加工精度和粗糙度等級,並且對密封面施加非常大的軸向密封力。然而,軸向密封力並非越大越好。有一種觀點認為超高壓截止閥(≥300MPa)應為塑性法密封,且大都採用錐麵線性密封。所謂塑性法密封,就是密封面的密封比壓等於密封副軟材料的屈服極限,使結合面緊密接觸,利用軟材料的塑變而堵塞硬體表面的不平處,形成近似理想平面,併產生等於軟材料屈服極限的反力而保持密封。

2、軸向力分析

閥桿軸向力主要取決於密封面的總作用力,閥門設計中確定密封面總作用力的關鍵參數是密封比壓。但是在超高壓截止閥的錐麵線密封情況下,其軸向力Q在無介質壓力關閉時所產生的密封比壓q是否可以大於密封副軟材料的屈服極限δs,在有介質壓力關閉時的密封比壓q是否一定等於δs,本文將討論q的合適值。

3、密封面粗糙度對軸向力的影響

根據只有當密封表面間的間隙小於介質分子直徑時,才能保證介質不滲漏的觀點,可以認為,防止流體滲漏的間隙值必須小至0.003μm。但是,即使經過精研,金屬表面上的凸峰高度仍然超過0.05μm,要達到理想平面,就必須對接觸面施加一定的力,這個力的大小與密封副軟材料的σs及密封面的粗糙度有關。

當密封面上的比壓q<40MPa時,密封面的質量起著決定作用。例如在q=65MPa時,隨著粗糙度等級的越來越高,滲透量迅速減小,也就是說在q<40MPa時,在同樣一個滲漏量等級,粗糙度愈高所需要的q愈小,其軸向力越小。

但對於σs>900MPa密封副材料,在用於300MPa等級的超高壓閥時,除了從線彈性斷裂力學觀點出發,[σ]從強度要求考慮,Ra0.05μm以上,還要從密封機理上考慮。因此,對於σs為900MPa的超高壓截止閥用密封副,其密封面粗糙度必須在Ra0.05μm以上。而對於經HIP處理的WC硬質合金密封副來說,由於其性質較脆,要增大密封面上的比壓來壓縮密封面上的波峰,就會使軸向力增加很大,而且會使密封副產生斷裂,(在Fisher公司閥門的使用中,就有因軸向力調整不當而引起閥座斷裂的例子),因此,其密封面上粗糙度必須高於Ra0105μm。只有在這個範圍內,才能使用式(13)的軸向力計算式。

4、結語

超高壓截止閥的密封機理分狹面彈塑性密封和線密封兩種型式。由於閥座(或閥瓣)密封麵塑性變形后的表面冷作硬化現象,所以軸向力的增加與閥座密封面寬度的增加並不成正比關係。口徑1/2in.(15mm)以上超高壓閥的密封副材料以採用HIP處理的WC硬質合金為宜,密封面必須有很高的粗糙度等級,而軸向力計算公式具有一定的使用範圍。

  

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