固定式高压钛合金球阀设计研究

之前介绍组合式减压阀在国华惠州热电应用，现在介绍固定式高压钛合金球阀设计研究固定式高压钛合金球阀设计研究钛以其良好的机械性能及优异的耐蚀性，广泛应用于化工、医药卫生，制盐、氯碱、等领城。在化工方面主要用作压力容器，输送管线及泵阀。其中铁制固定式球阀，以其良好的密封性，优异的耐蚀性能及适应高的工作压力等特点，广泛应用于石油、化工行业。目前，国内没有固定式钛球阀，只有浮动式钛球闷，在世界上只有美国、德国、日本等少数国家可以生产固定式钛球阀，为了满足石化行业使用工作压力高、密封性好、具有良好的耐蚀性等要求，拓宽钛材的使用范围，进行了固定式钛球阀的设计与研制．研制出了 DN80，DN50，DN40，DN25，且使用压力高达 9.8MPa 的固定式钛球阀，*，为批量生产奠定了基础，为大型石化企业耐腐蚀设备的国产化改造提供了技术及物质保证。本文阐述固定式钛球阀的设计计算过程，主要研制工艺及其特点。国标蜗轮固定式球阀有二块式和三块式两种阀体结构,中法兰用螺栓连接,密封采用增强聚四氟乙烯镶入不锈钢圈内,钢圈后部没有弹簧保证阀座紧贴球体,保持密封。上下阀杆均没有PTFE轴承,减少磨擦,操作省力,小轴底部没有调整片,保证球与密封圈的接处位置。全通径：阀门流量孔径与管线内径一致,以便管线清扫。

固定式高压钛合金球阀设计研究Q347F/H国标蜗轮固定式球阀产品特点
1,采用圆柱形弹簧或波形弹簧预载的裣性可动金属阀座结构,密封预紧力设计合理,闭启灵活,有效保证密封的可靠性。
2 ,采用特殊结构装置的阀杆,不仅确保填写料处还会渗漏,且防止了阀杆脱出。
3,根据用户的需要,可设计成适应粉尘（包括含固体颗粒）,浆料等介质的结构,使球阀耐磨及耐高温性能更好。
4,本身具有防火防静电功能。
5,该结构球阀应按规定流向使用。


1 固定式高压钛合金球阀设计研究设计与研制
1.1 设计计算

1.1.1 设计技术参数

工作介质：醋酸；

使用温度：225℃；

设计压力：9.8MPa；

公称通径：80mm。

1.1.2 固定式高压钛合金球阀设计研究材料选择

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：蒸汽减压阀,减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,水减压阀根据使用温度及醋酸的浓度，查知钛的腐蚀率为 ＜0.127mm/a，和耐蚀不锈钢及其它有色金属相比，选择 TA2即符合使用条件；根据使用的工作压力，为了保证其结构强度，选择 TA2 锻造件；根据使用温度、工作压力，选择柔性石墨和浸锑石墨做密封材料。
固定球阀弹簧组弹性阀座是一种涉及高、低和普通温度的密封结构，应用十分广泛。弹簧组弹性阀座阀前密封、弹簧组弹性阀座阀后密封、弹簧组弹性阀座双面密封三种形式的密封结构特点各不相同，在应用时必须选择正确。密封压比受受压面积压差推动力、预紧弹簧弹力及滑动摩擦力影响。同时受到受压面积压差推动力影响较大。然而，两受压面中径尺寸一般相差不大。所以设计时必须进行的计算。
固定球阀 1.阀体2.弹簧3.阀座密封圈4.阀座5.球体密封圈6.球体图1 弹簧组弹性阀座
1、固定球阀弹簧组弹性阀座的阀体接触面中径d1和球体接触面中径d2的大小关系决定了阀门的三种密封形式。
2、固定球阀弹簧组弹性阀座的密封比压(即密封的可靠性)主要取决于阀体接触面中径d1和球体接触面中径d2的比例关系。
     3、对三种密封结构来说，阀前阀座密封，可以使用在压力P≤10MPa的腐蚀和液化气体中以及阀门通径较大的场合；阀后阀座密封，通常使用于压力P≥16MPa的80～100通径的阀门中；双面密封，特别使用于危险的对密封要求高的场所。

1.1.3 固定式高压钛合金球阀设计研究设计计算

（1）阀体壁厚的设计

采用公式：SB=DN(K0-1)/s＋C，计算结果为 16 mm

（2）阀盖与阀体之间联接螺栓的选择

根据使用压力，选择 1Cr18Ni9Ti 螺栓，选取 M30mm×55mm 的螺栓 8 个即可满足强度要求。

根据公式算得进、出口法兰盖与阀体之间连接螺栓用 M30mm×45mm 的 1Cr18Ni9Ti 螺栓 8 个，即可满足强度要求。

1.2 固定式高压钛合金球阀设计研究技术关键

由于使用压力高达 9.8MPa，因此，密封及承压是技术关键，在研制过程中，采用了 3 项措施，解决了这一关键技术问题。

① 保证球体与上下球杆的同轴度；

② 保证上下球杆与 Φ80mm 通孔的垂直度；

③ 保证球面粗糙度。

通过设计专门的工装胎具及加工与密封工艺，达到了密封与承压目标，一次试较成功。

1.3 固定式高压钛合金球阀设计研究结构特点

钛制固定式球阀与浮动式球阀相比具有以下 3 个特点。

（1）在密封原理上，采用后密封。

（2）适用于高压、粘稠液体。

普通的浮动式钛球阀在高压时不可靠，在介质为粘稠液体时，球与密封环之间微小的浮动间隙易造成堵塞，从而使阀门启闭困难或失去密封作用。而采用固定式钛球阀，因使用了弹簧，使密封环与球体始终保持紧密接触，利用高压介质达到良好密封的效果。

（3）采用线密封

普通浮动式钛球阀的球体与密封环之间为球面密封，其单位面积上的密封比压小，且在高压时，微观面上的凸凹点易引起泄漏，达不到密封要求。而固定式钛球阀其球体与密封环之间采用线密封，增加了单位面积的密封比压，且压力越高，密封的效果越好，从而保证了高压工作的可靠性。

固定式高压钛合金球阀设计研究技术规范

设计依据	国标系列	美标系列
设计标准	GB/T12237	AP16D	ANSI B16.34
法兰连接结构长度	GB/T12221	AP16D	ANSI B16.10
结构长度（焊接）	GB/T15188.1	AP16D	ANSI B16.10
连接法兰	GB/T9113 JB/T79 Hg20592	ANSI B16.5,B16.47
对焊端	GB/T12224	ANSI B16.25
试验和检验	GB/T9092	AP16D	AP1598

Q347F/H国标蜗轮固定式球阀 试验压力

压力等级		试验压力（MPa）
公称压力（PN）	磅级（Class）	壳体试验	密封试验
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

固定式高压钛合金球阀设计研究固定式球阀工作原理
一、固定式球阀开启过程
1在关闭位置，球体受阀杆的施压作用，紧压在阀座上。
2当逆时针转动手轮时，阀杆则反向运动，其底部角形平面使球体脱开阀座。
3阀杆继续提升，并与阀杆螺旋槽内的导销相互作用，使球体开始无摩擦地旋转。
4直至到全开位置，阀杆提升到极限位置，球体旋转到全开位置。
二、固定式球阀关闭过程
1关闭时，顺时针旋转手轮，阀杆开始下降并使球体离开阀座开始旋转。
2继续旋转手轮，阀杆受到嵌于其上螺旋槽内的导销的作用，使阀杆和球体同时旋转90°。
3 快要关闭时，球体已在与阀座无接触的情况下旋转了90°。
4手轮转动的后几圈，阀杆底部的角形平面机械地楔向压迫球体，使其紧密地压在阀座上，达到*密封。
固定式球阀结构特点
1、 固定式球阀启闭无摩擦。这一功能完*了传统阀门因密封面之间相互摩擦而影响密封的问题。
2、 上装式结构。对装在管道上的阀门可直接在线检查与维修，能有效减少装置停车，降低成本。
3、 单阀座设计。消除了阀门中腔介质因异常升压而影响使用安全的问题。
4、 低扭矩设计。特殊结构设计的阀杆，只需配一个小手轮阀门就能轻松启闭。
5、 楔形密封结构。阀门是靠阀杆提供的机械力，将球楔压到阀座上而密封，使阀门的密封性不受管线压差变化的影响，在各种工况下密封性能都有可靠保证。
6、 固定式球阀密封面的自清洁结构。当球体倾离阀座时，管线中的流体沿球体密封面成360°均匀通过，不仅消除了高速流体对阀座局部的冲刷，也冲走了密封面上的聚积物，达到自清洁的目的。与本产品相关论文禁油脱脂氧气减压阀操作维护 

2 固定式高压钛合金球阀设计研究结论
（1）设计研制的固定式高压钛球阀，满足了石化工业的需要，使用情况良好。

（2）固定式高压钛球阀具有高压使用可靠、密封良好等特点。

（3）设计研制的固定式高压钛球阀，在技术水平上属国内，且达到了同类产品水平。