上海申弘閥門(mén)有限公司
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Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)
高溫高壓球閥、硬密封高溫高壓球閥又稱(chēng)硬密封球閥或高溫球閥，閥體由優(yōu)質(zhì)不銹鋼304材質(zhì)或316材質(zhì)鍛打而成，球體和閥座噴焊硬質(zhì)合金，實(shí)心球體表面采用優(yōu)良的噴涂技術(shù)，通過(guò)對(duì)各種不同工況條件的處理，硬度可達(dá)HRC78。閥座密封面的處理，硬度可達(dá)HRC72。涂層厚度在0.3-0.5左右，耐溫可達(dá)到350度以上，球體和閥座進(jìn)行配對(duì)研磨，球閥整個(gè)密封面的所有密封區(qū)域均經(jīng)過(guò)精密研磨。不銹鋼高溫高壓球閥適合于高溫高壓的水、蒸汽、石油、煤炭、纖維、稠性和腐蝕性介質(zhì)，以及帶顆粒的介質(zhì)。金屬硬密封球閥其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、開(kāi)啟迅速、密封性能可靠、輕便省力、使用壽命長(zhǎng)和維修方便。高溫高壓硬密封球閥是一種用于控制高溫高壓介質(zhì)流動(dòng)的閥門(mén)。它由閥體、閥蓋、球體、閥桿、密封圈等部件組成，采用特殊的設(shè)計(jì)和制造工藝，能夠耐受高溫高壓環(huán)境下的嚴(yán)酷工況，并保證流體的零泄漏。
一、Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)的特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：
球閥由于具有流體阻力小、操作方便、啟閉迅速、密封性好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在石油化工特別是煤化工行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。而煤化工原料因含有腐蝕性介質(zhì)、硬物顆粒等，所以需要采用耐高壓、耐腐蝕、耐磨損、適合溫度范圍廣的金屬硬密封球閥，此類(lèi)球閥是通過(guò)預(yù)緊力和流體壓力的雙重作用，使球體與閥座壓緊來(lái)實(shí)現(xiàn)密封。
金屬硬密封球閥密封副的接觸特性特別是粗糙接觸平面的密封性能做了研究。研究結(jié)果表明：在滿足密封條件下，選擇較大壓力角可減小摩擦轉(zhuǎn)矩；密封面寬度徑向投影寬度大于7mm時(shí)密封不嚴(yán)，小于5mm時(shí)造成應(yīng)力集中；橫向紋理特征所需密封比壓遠(yuǎn)小于縱向紋理特征表面；密封寬度越大，所需密封比壓越小；相同泄漏量情況下，高溫所需的密封比壓明顯大于常溫時(shí)的密封比壓。其主要是關(guān)于材料、低壓、超低溫對(duì)閥座密封性能的影響。查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，目前還未見(jiàn)壓力20MP以上的大口徑固定球球閥相關(guān)研究的報(bào)道?；诖?，本文針對(duì)Class1500NPS14型渦輪蝸桿傳動(dòng)硬密封固定球球閥（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：硬密封固定球球閥）在關(guān)閉狀態(tài)下的受力進(jìn)行密封性分析與優(yōu)化，為硬密封固定球球閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)和使用提供參考
由機(jī)械設(shè)計(jì)及材料強(qiáng)度的相關(guān)理論可知，硬密封固定球球閥的主要失效形式為在保證閥體、球體、閥座、閥桿等不發(fā)生塑性變形的基礎(chǔ)上發(fā)生泄漏，因此有必要預(yù)先了解此類(lèi)球閥的密封副密封原理，從而對(duì)其進(jìn)行深入探討。圖1為球閥整體半剖模型，圖2為圖1中紅框內(nèi)局部放大視圖。當(dāng)球體轉(zhuǎn)動(dòng)90°后使閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，以密封環(huán)、O型圈為界將流體截?cái)?，此時(shí)閥座（進(jìn)口端）受到彈簧預(yù)緊力F、流體壓力P及球體對(duì)閥座作用力共同作用，由于F與G的左向合力大于右向合力（圖2中水平方向白色箭頭為作用力所對(duì)應(yīng)區(qū)域），所以右向力需要球體對(duì)閥座作用力來(lái)抵消，此力所提供的壓力即為密封比壓，若密封比壓大于密封必需比壓，則不會(huì)泄漏。
1.高溫高壓性能強(qiáng)：該閥門(mén)能夠承受高達(dá)6000psi（約414bar）的壓力和1000°F（約538℃）的溫度，適用于一些高溫高壓的場(chǎng)合，如化工、石油天然氣等領(lǐng)域。
2.良好的密封性：該閥門(mén)采用硬質(zhì)合金球體和金屬對(duì)金屬密封結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的密封性能，能夠有效地防止介質(zhì)泄漏和外界灰塵、污染物進(jìn)入管道系統(tǒng)。
3.操作性能穩(wěn)定：該閥門(mén)采用了優(yōu)良的設(shè)計(jì)和制造工藝，操作靈活、平穩(wěn)，不易卡死或卡住，使用壽命長(zhǎng)。
4.構(gòu)造簡(jiǎn)單：該閥門(mén)的構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)和保養(yǎng)，可有效降低生產(chǎn)成本和使用成本。
二、Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)適用范圍：
該系列閥門(mén)適用于石油、化工、冶金、電力、輕紡、造紙、水利等各部門(mén)等高壓管路系統(tǒng)，同時(shí)還適用于污水處理、蒸氣、空氣、煤氣、礦漿等弱腐蝕流體介質(zhì)的輸送和截流、節(jié)流等。試算時(shí)對(duì)閥體兩端法蘭處施加固定約束，上下閥桿施加軸向約束，對(duì)通過(guò)螺栓連接和過(guò)盈配合的接觸對(duì)設(shè)置為綁定接觸，閥座和墊圈也采用綁定接觸，忽略O(shè)型密封圈，對(duì)其它可能會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的接觸對(duì)設(shè)置為有摩擦接觸，其摩擦系數(shù)設(shè)置為0.15。根據(jù)應(yīng)力及變形分布的特點(diǎn)制定球閥有限元分析模型簡(jiǎn)化策略為：
Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)
1）因閥體剛度很大，變形量甚微，省略閥體。
2）球體上下方向是由上下閥桿做支撐，并無(wú)流體在該方向的作用，所以此方向上下閥桿的支撐作用也可視為無(wú)窮大，省略上閥桿，做軸向固定。
3）球體進(jìn)出口方向分別由壓蓋和下閥桿支撐，因其剛度足夠大到流體作用后變形量忽略的程度，所以該方向壓蓋和下閥桿的支撐作用也視為無(wú)窮大，省略壓蓋和下閥桿，做進(jìn)出口方向的軸向固定。
4）O型圈、墊圈對(duì)球體與閥座的接觸無(wú)影響，故建模時(shí)將O型圈及墊圈的凹槽填平，并省略O(shè)型圈、墊圈。
5）因是固定球閥，所以做對(duì)稱(chēng)即可，即最終由1/8球體和1/4閥座組成。
Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)及性能：
公稱(chēng)通徑(mm) | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | 200 | 250 | 300 |
流量系數(shù)Kv | 21 | 38 | 72 | 112 | 170 | 273 | 384 | 512 | 940 | 1452 | 2222 | 3589 | 5128 | 7359 |
公稱(chēng)壓力(MPa) | PN1.6、2.5、4.0、6.4、10.0MPa | |||||||||||||
泄漏量 | 硬密封：≤額定流量的10-5 | |||||||||||||
閥體形式 | 兩段式閥體(浮動(dòng)球體) | 兩段式閥體(固定球體) | ||||||||||||
閥芯形式 | “O"型球形閥芯 | |||||||||||||
密封填料 | 聚四氟乙烯(PTFE)、金屬石墨纏繞墊片 | |||||||||||||
連接形式 | 法蘭、焊接、螺紋 | |||||||||||||
流量特性 | 近似快開(kāi)特性 | |||||||||||||
可調(diào)范圍 | DN15-65 | DN80-300 | ||||||||||||
250:1 | 350:1 | |||||||||||||
適用溫度 | 密封面 | |||||||||||||
硬密封≤450℃ 特殊材質(zhì)≤600℃ | ||||||||||||||
配置執(zhí)行機(jī)構(gòu) | GT、SR、ST、AT、AW系列單雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器 | |||||||||||||
控制方式 | 開(kāi)關(guān)兩位控制、4-20mA模擬量控制 | |||||||||||||
Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)執(zhí)行器技術(shù)參數(shù)：
執(zhí)行器型號(hào) | GT、SR、ST、AT、AW系列單雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器 |
供氣壓力 | 0.4～0.7MPa |
氣源接口 | G1/4"、G1/8"、G3/8"、G1/2" |
環(huán)境溫度 | -30～+70℃ |
作用形式 | 單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：氣關(guān)式(B)--失氣時(shí)閥位開(kāi)(FO)；氣開(kāi)式(K)--失氣時(shí)閥位關(guān)(FC) |
可配附件 | 定位器、電磁閥、空氣過(guò)濾減壓器、保位閥、行程開(kāi)關(guān)、閥位傳送器、手輪機(jī)構(gòu)等 |
Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)主要零件材料：
零件名稱(chēng) | 材料 | |||
閥體 | WCB | 304(CF8) | 316(CF8M) | 316L(CF3M) |
球體 | 2Cr13+氮化處理 | 304 | 316 | 316L |
閥桿 | 2Cr13 | 304 | 316 | 316L |
閥座密封圈 | 不銹鋼+淡化處理 | |||
填料 | V型PTFE四氟填料、柔性石墨 | |||
Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：
設(shè)計(jì)與制造 | GB12237-89、API608、API 6D、JPI 7S-48、BS5351、DIN3357 |
法蘭尺寸 | JB/T74～90、GB9112～9131、HGJ44～76、SH3406、ANSI B16.5、JIS B2212～2214、DIN2543 |
結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度 | GB12221-89、ANSI B16.10、JIS B2002、NF E29-305、DIN3202 |
檢驗(yàn)與試驗(yàn) | JB/T 9092、API 598、GB/T13927 |
Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)主要性能規(guī)范：
公稱(chēng)通徑DN(mm) | DN15-300 | |||||
公稱(chēng)壓力 | PN(MPa) | 1.0 | 1.6 | 2.5 | 4.0 | 6.4 |
試驗(yàn)壓力 | 強(qiáng)度試驗(yàn) | 1.5 | 2.4 | 3.75 | 6.0 | 9.60 |
密封試驗(yàn) | 1.1 | 1.76 | 2.75 | 4.4 | 7.04 | |
低壓氣密試驗(yàn) | 0.5～0.7 | |||||
適用介質(zhì) | 水、油、蒸氣、硝酸類(lèi)(溫度≤500℃)、醋酸類(lèi)(溫度≤350℃) | |||||
二、Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)規(guī)范：
1、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn) | GB/T12237-2005 |
閥門(mén)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度 | GB/T12221-2005 |
焊接連接 | GB/T12224-2005 |
檢查和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) | GB/T13927-2005 |
性能試驗(yàn)規(guī)范：
公稱(chēng)壓力（Mpa） | 16.0 | 25.0 | 32.0 | 35.0 | 42.0 | |
試驗(yàn)壓力（Mpa） | 殼體 | 24 | 37.5 | 48 | 52.5 | 63 |
密封 | 17.6 | 27.5 | 35.0 | 38.5 | 46.2 | |
氣密 | 16.0 | 25.0 | 32.0 | 35.0 | 42.0 | |
泄漏量 | 零泄漏 | |||||
適用溫度及介質(zhì) | 碳素鋼 | -29～425℃；水、蒸汽、油品等 | ||||
合金鋼 | -29≤595℃；蒸汽、油品等 | |||||
奧氏體不銹鋼 | -40～620℃；硝酸等腐蝕性介質(zhì)及尿素、食品等 | |||||
驅(qū)動(dòng)方式 | 手柄、蝸輪、電動(dòng)、氣動(dòng)等 | |||||
Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)3、主要零件材料：
序號(hào) | 零件名稱(chēng) | 零件材料 |
1 | 閥體 | 碳素鋼 低溫碳鋼 合金鋼 奧氏體不銹鋼 |
2 | 閥體密封面 | 合金鋼 奧氏體不銹鋼 硬質(zhì)合金 |
3 | 閥桿 | 不銹鋼 |
4 | 密封圈 | 柔性石墨+不銹鋼 |
三、Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)產(chǎn)品的使用注意事項(xiàng)：
操作前須確認(rèn)管路和閥已被沖洗過(guò)。按照閥門(mén)上指示箭頭確認(rèn)介質(zhì)流動(dòng)方向，需保持一致，切勿裝反。安裝位置、高度、進(jìn)出口方向必須符合設(shè)計(jì)要求，連接應(yīng)牢固緊密。安裝在保溫管道上的各類(lèi)手動(dòng)閥門(mén)，手柄均不得向下。閥門(mén)安裝前必須進(jìn)行外觀檢查，閥門(mén)的銘牌應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《通用閥門(mén)標(biāo)志》GB 12220的規(guī)定。對(duì)于工作壓力大于1.0 MPa 及在主干管上起到切斷作用的閥門(mén)，安裝前應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度和嚴(yán)密性能試驗(yàn)，合格后方準(zhǔn)使用。強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力為公稱(chēng)壓力的1.5倍，持續(xù)時(shí)間不少于5min，閥門(mén)殼體、填料應(yīng)無(wú)滲漏為合格。嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力為公稱(chēng)壓力的1.1倍；試驗(yàn)壓力在試驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間應(yīng)符合GB 50243標(biāo)準(zhǔn)要求，以閥瓣密封面無(wú)滲漏為合格。
Q41H-16RL不銹鋼硬密封高溫高壓球閥技術(shù)參數(shù)保管、安裝、使用和維護(hù)保養(yǎng)
1、閥門(mén)存放時(shí)，要放在通風(fēng)干燥之處，不允許放在露天和灰塵較多的場(chǎng)合，要保持閥門(mén)的清潔。使閥門(mén)處于微開(kāi)啟位置，兩端口必須用專(zhuān)用的悶蓋堵嚴(yán)，防止灰塵和雜物進(jìn)入密封副。
2、安裝前，核準(zhǔn)閥門(mén)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)：通徑、壓力、介質(zhì)、工作溫度等是否符合要求，并清除長(zhǎng)期存放或在運(yùn)輸過(guò)程中的灰塵及雜物，檢查限位螺釘是否上緊(出廠前已調(diào)試好)
3、安裝時(shí)，必須校正管路法蘭端面的平行度，兩端管路中心線是否同軸，清除管路中的雜物和污垢，按照閥門(mén)上的介質(zhì)流通方向安裝于管路上。一般情況下可安裝管路的任何位置，但是盡量采用水平安裝，這樣有利于閥門(mén)各轉(zhuǎn)動(dòng)部位的潤(rùn)滑，減少結(jié)巴對(duì)閥門(mén)使用中的影響。
總之，高溫高壓硬密封球閥是一種高性能、高可靠性的閥門(mén)產(chǎn)品，具有廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)需求。
