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气动O型氧气切断球阀

气动O型氧气切断球阀

简要描述:
ZSHO气动O型氧气切断球阀所处工况属易燃、易爆环境,任何外漏和内漏都有可能造成激烈燃烧、爆炸等严重后果,因此,对氧气切断球阀的设计、选材、加工、制造、脱脂、装配、包装等环节都提出了严格的要求。

更新时间:2020-11-08

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厂商性质:生产厂家

生产地址:SH

ZSHO气动O型氧气切断球阀产品说明

介绍了氧气切断球阀的结构特点以及所需满足的苛刻工况要求;采用有限元分析方法对阀体、球体、阀座、支撑板、阀杆等承压件的强度进行了有限元分析;介绍了对球体磨削、零部件装配等关键制作步骤的控制过程;结果表明,研制成功的氧气切断球阀可以满足苛刻工况要求,实现了氧气切断球阀的国产化生产制造。氧气切断球阀广泛应用于各种煤化工、石化、钢铁、冶金、空分等行业。由于氧气切断球阀所处工况属易燃、易爆环境,任何外漏和内漏都有可能造成激烈燃烧、爆炸等严重后果,因此,对氧气切断球阀的设计、选材、加工、制造、脱脂、装配、包装等环节都提出了严格的要求。过去由于受到装备和工艺的限制,国内无法生产氧气切断球阀,长期依赖进口,导致阀门价格昂贵,供货周期较长,且维修极为不便,不利于我国能源计划的顺利实施和阀门制造业的发展。因此氧气切断球阀的国产化具有十分重要的社会意义和经济意义。笔者拟重点介绍针对氧气切断球阀国产化所进行的研究、设计和制造。气动O型切断球阀主要用于截断或接通管路中的介质,亦可用用于流体的调节与控制,它与其它阀类相比,具有以下一些优点。


特点
1、流体阻力小、球阀是所有阀类中流体阻力Z小的一种,即使是缩径球阀,其流体阻力也相当小。
2、止推轴承减小阀杆磨擦力矩,可使阀杆长期操作平稳灵活。
3、阀座密封性能好,采用聚四氟乙烯等弹性材料制成的密封圈,结构易于密封,而且球阀的阀封能力随着介质压力的增高而增大。
4、阀杆密封可靠,由于阀杆只作彷转动运而不做升降运动,阀杆的填料密封不易破坏,且密封能力随着介质的压力增高而增大。
5、由于聚四氟乙烯等材料具有良好的自润滑性,与球体的磨擦损失小,故球阀的使用寿命长。
6、下装式阀杆和阀杆头部凸阶防止阀杆喷出,如火灾造成阀杆密封破坏,凸阶与阀体间还可形成金属接触,确保阀杆密封。
7、 防静电功能:在球体、阀杆、阀体之间设置弹簧,能将开关过程产生的静电导出。


1、氧气切断球阀苛刻工况要求
  (1)材料选择。选择金属材料时,金属的可燃性是关键考虑的问题,而金属材料的化学成分、部件厚度、温度、氧气压力、氧气纯度是影响金属可燃性的主要因素。根据在使用条件下金属的可燃性,对氧气流速有所限制。如果阻燃金属材料在系统设计压力下能够阻燃,则不需要限制流速。选择非金属材料时,需评估与氧气的兼容性。在1个火种链中,非金属材料往往起到链接的作用,因此非金属材料燃烧产生的热和自燃温度(AIT)是2个重要的参数。
  (2)密封要求。氧气切断球阀的密封需要满足ANSIB16.104计算。由于计算公式是由密封面的平均直径得出的平均密封比压,不能反映密封面的密封比Ⅵ级要求,故主阀体与副阀体连接处密封和阀杆填料处密封需按标准ISO15848-1或SHELLMESCSPE77/312进行微泄漏测试。
  (3)防火和防静电功能。氧气切断球阀设计需考虑失火安全(firesafe),一旦失火,阀门的外漏和内漏不能超过API607规定的泄漏标准。软密封的氧气切断球阀的球体被非金属材料所夹持,有可能产生静电,必须与阀体导通,在24VDC下,电阻值<10Ω。同时,氧气切断球阀阀体两端需设计静电连接导出组件与接地电缆连接。
  (4)自动泄压功能。氧气切断球阀必须具备阀腔自动卸压功能。当阀门关闭后,阀腔内压力高于关闭压力时,能自动卸压至压力低的一侧。
  (5)内部表面光洁度。氧气在氧气切断球阀内高速流动时,若碰到毛刺、凹槽、凸肩等将发生高速摩擦,产生热量,一旦碰到碳化物还有可能发生爆炸事故。因此流道内壁和切断球阀内件的几何形状应圆滑过渡,表面光滑。内部表面光洁度必须满足ISO8501-1Sa2的要求。
  (6)清洁要求。如果氧气切断球阀内腔存在油脂、灰尘、铁屑、铁锈、水锈、焊渣等极小的固体颗粒杂质,在氧气通过氧气切断球阀时,可能造成激烈的燃烧、爆炸等严重后果,因此,凡接触氧气的零部件必须清洁干净。氧气切断球阀运输和安装时需作禁油处理,氧气切断球阀需有明显的禁油标记。
  (7)密封试验。由于氧气切断球阀输送的介质是氧气,高压和低压密封试验介质都必须采用氮气。采用氮气试验可以保证的污染和腐蚀。


2、结构特点
  氧气切断球阀的结构氧气切断球阀主要结构特点如下。由气动活塞式执行器与球阀组成。防爆气动切断球阀丨气动开关球阀在管道中可任意位置安装,只需要用气动执行器连接气源旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。完全平等的阀体内腔为介质提供了阻力很小、直通的流道。
  (1)主阀体和副阀体均采用锻件,以克服铸件固有缺陷(如气孔、夹渣、疏松等)。主阀体和副阀体采用高强度螺栓连接,连接处设置密封垫片,以保证无外泄漏。
  (2)球体上下的支撑轴由支撑板固定在副阀体上,采用固定球支撑板结构。球体与支撑板采用低磨擦系数轴承,实现低扭矩设计。
  (3)球体和阀座表面进行特殊硬化处理,可大幅提高耐磨性和抗高压氧气吹扫能力。球体流道孔边缘经过钝化,以保证硬化表层不会脱落。球体直径比传统设计的球体直径大,允许有5%~7%的额外行程,可大幅降低流道孔边缘磨损,并消除因执行机构不准确关闭而造成的意外泄漏。球体磨削后与阀座配对研磨,以确保球体与阀座金属密封面密合。
  (4)在低压下,通过碟形弹簧的预紧力和介质的压力实现密封,在高压下通过介质的压力实现密封。碟形弹簧在确保密封性能的同时还能避免碟形弹簧前后聚集颗粒异物,也避免了圆柱螺旋弹簧容易进入颗粒而发生推力不均匀,使氧气切断球阀产生内泄漏。
  (5)球体与阀杆通过圆柱销并采用过盈配合联接,联接后球体与阀杆近似1个整体,完全保证球体与阀杆同心,且操作力矩稳定。
  (6)采用低泄漏脱脂组合填料,泄漏率满足ISO15848或SHELLMESCSPE77/312微泄漏测试要求。同时为提高阀杆表面的光洁度,采用毫克能表面加工设备的毫克能进行精加工,加工后阀杆表面光洁度提高3级以上,粗糙度Ra达到0.2以下,且阀杆表面显微硬度提高20%以上。
  (7)在执行机构连接板外设置有机玻璃防尘板,以防止灰尘和油污等杂质进入阀杆和阀体内,不会对阀门造成污染,不存在安全隐患。
  (8)静电连接导出组件可将氧气切断球阀与地面连通,避免静电的聚集。
  (9)氧气切断球阀输送介质是氧气,球体和阀座脱脂处理后在启闭过程中属于干摩擦,选择的执行机构的安全系数大于2。


3、承压件有限元分析
  执行机构与阀用连接轴连接。气缸内输入气压后,作用于活塞上产生一定的推力,
使齿轮型输出在活塞推动下,使齿轮输出轴于旋转,带动阀轴转动,从而使球阀球体在阀内随着转动来改变阀的流通面积,达到改变通过阀内介质流量目的。 在传统阀门设计中,由于计算方法的限制,只能根据材料力学中提供的一些经验公式进行估算,这种方法不能全面反映阀门的应力状态,也不能给设计人员指出阀门的薄弱环节和改进方向。因此采用有限元分析作为氧气切断球阀的辅助设计是必要的,可为阀门设计提供帮助。承压件有限元分析按照ASME第Ⅷ卷进行,采用有限元分析的承压件有:①阀体强度有限元分析见图2;②球体强度有限元分析见图3;③阀座强度有限元分析见图4;④支撑板强度有限元分析见图5;⑤阀杆强度有限元分析见图6。

4、关键制造过程控制
  (1)球体磨削。高的密封性能和低的操作扭矩是球阀设计工作者追求的2个既定目标,而这一目标的解决取决于磨球机的进步。为使球体磨削后的圆度≤0.002mm,需采用进口高精度数控磨球机进行包络线磨削加工。
  (2)装配。氧气切断球阀零件装配前的脱脂采用特殊流程,分为生产前期、超声波1次清洗、超声波深度清洗、超声波脱脂4个步骤。所有氧气切断球阀均需在无脂阀门装配车间装配,采用脱脂手套、特殊装配工具装配。装配后采用高压氮气作为性能测试介质,试验后在脱脂检验室采用紫外线荧光灯检查,以确保氧气切断球阀清洁无油污。

压力参数

试验压力
(Mpa)

公称压力(Mpa)

压力级(class)

JIS(Mpa)

1.6

2.5

4.0

6.4

10.0

150

300

600

10K

20K

强度试验

2.4

3.8

6.0

9.6

15.0

3.1

7.8

15.3

2.4

3.8

密封试验

1.8

2.8

4.4

7.0

11.0

2.2

5.6

11.2

1.5

2.8

气密试验

0.5~0.7

ZSHO气动O型氧气切断球阀外形尺寸

DNALBHCD
2527039011513510552
3227039511514111566
4027539511515311567
5029644012416012596
65300445124172135110
80343507129200155120
100343507129215170150
125343507129278178178
150418617164295197197
200426625164328229228
250510750198401268265
300605900251438305305
350605900251500343343
4007631155300570381381

 
5、结语
  氧气切断球阀苛刻的使用工况,对氧气切断球阀的设计、选材、加工、制造、脱脂、装配、包装等环节都提出了严格的要求。研制中采用有限元分析对承压件进行有限元分析,同时对球体磨削和装配关键制造过程进行控制,使研制的氧气切断球阀满足苛刻工况要求。通过工业应用证明,国内完全有能力实现氧气切断球阀的国产化,并证明氧气切断球阀的研制是成功的。启闭件(球体)由阀杆带动,并绕阀杆的轴线作旋转运动的阀门。主要用于截断或接通管路中的介质,亦可用于流体的调节与控制,其中硬密封V型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力,特别适用于含纤维、微小固体颗料等介质。


球阀的安装说明如下:
A. 球阀不受安装位置限制,通常用于水平管路安装。也可用于垂直和倾斜管路安装,但安装于垂直或倾斜管路时所安装位置要便于操作和检修。
B. 安装前必须认真准确核对阀门标志和铭牌参数是否与管路工况相符。
C. 将阀门通径两端的闷盖拆下。
D. 用棉布沾中性清洁剂将阀门两端的法兰油渍和阀门流道内径、球体内腔、密封面的残余油渍擦拭干净,检查阀杆与球体是否操作自如。
E. 安装时不得利用操作附件进行起吊。
F. 连接阀门两端的法兰时密封平面必须安装单层或多层石棉橡胶垫片或其它与管道等级相对应的柔性垫片以便于阀门和管路法兰密封。
G. 安装时按阀门的法兰标准规定的螺栓、螺母规格将阀门与管路法兰连接。在紧定螺母时一定要均匀对称拧紧,保证法兰两端的螺栓、螺母受力均衡。
H. 检查是否有漏装和错装。清理现场,待整体调试。

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