YQ947F電動(dòng)氧氣切斷銅球閥產(chǎn)品說(shuō)明

介紹了氧氣切斷球閥的結構特點(diǎn)以及所需滿(mǎn)足的苛刻工況要求;采用有限元分析方法對閥體、球體、閥座、支撐板、閥桿等承壓件的強度進(jìn)行了有限元分析;介紹了對球體磨削、零部件裝配等關(guān)鍵制作步驟的控制過(guò)程;結果表明，研制成功的氧氣切斷球閥可以滿(mǎn)足苛刻工況要求，實(shí)現了氧氣切斷球閥的國產(chǎn)化生產(chǎn)制造。氧氣切斷球閥廣泛應用于各種煤化工、石化、鋼鐵、冶金、空分等行業(yè)。由于氧氣切斷球閥所處工況屬易燃、易爆環(huán)境，任何外漏和內漏都有可能造成激烈燃燒、爆炸等嚴重后果，因此，對氧氣切斷球閥的設計、選材、加工、制造、脫脂、裝配、包裝等環(huán)節都提出了嚴格的要求。過(guò)去由于受到裝備和工藝的限制，國內無(wú)法生產(chǎn)氧氣切斷球閥，長(cháng)期依賴(lài)進(jìn)口，導致閥門(mén)價(jià)格昂貴，供貨周期較長(cháng)，且維修極為不便，不利于我國能源計劃的順利實(shí)施和閥門(mén)制造業(yè)的發(fā)展。因此氧氣切斷球閥的國產(chǎn)化具有十分重要的社會(huì )意義和經(jīng)濟意義。筆者擬重點(diǎn)介紹針對氧氣切斷球閥國產(chǎn)化所進(jìn)行的研究、設計和制造。

1、氧氣切斷球閥苛刻工況要求
　　(1)材料選擇。選擇金屬材料時(shí)，金屬的可燃性是關(guān)鍵考慮的問(wèn)題，而金屬材料的化學(xué)成分、部件厚度、溫度、氧氣壓力、氧氣純度是影響金屬可燃性的主要因素。根據在使用條件下金屬的可燃性，對氧氣流速有所限制。如果阻燃金屬材料在系統設計壓力下能夠阻燃，則不需要限制流速。選擇非金屬材料時(shí)，需評估與氧氣的兼容性。在1個(gè)火種鏈中，非金屬材料往往起到鏈接的作用，因此非金屬材料燃燒產(chǎn)生的熱和自燃溫度(AIT)是2個(gè)重要的參數。
　　(2)密封要求。氧氣切斷球閥的密封需要滿(mǎn)足ANSIB16.104計算。由于計算公式是由密封面的平均直徑得出的平均密封比壓，不能反映密封面的密封比Ⅵ級要求，故主閥體與副閥體連接處密封和閥桿填料處密封需按標準ISO15848-1或SHELLMESCSPE77/312進(jìn)行微泄漏測試。
　　(3)防火和防靜電功能。氧氣切斷球閥設計需考慮失火安全(firesafe)，一旦失火，閥門(mén)的外漏和內漏不能超過(guò)API607規定的泄漏標準。軟密封的氧氣切斷球閥的球體被非金屬材料所夾持，有可能產(chǎn)生靜電，必須與閥體導通，在24VDC下，電阻值<10Ω。同時(shí)，氧氣切斷球閥閥體兩端需設計靜電連接導出組件與接地電纜連接。
　　(4)自動(dòng)泄壓功能。氧氣切斷球閥必須具備閥腔自動(dòng)卸壓功能。當閥門(mén)關(guān)閉后，閥腔內壓力高于關(guān)閉壓力時(shí)，能自動(dòng)卸壓至壓力低的一側。
　　(5)內部表面光潔度。氧氣在氧氣切斷球閥內高速流動(dòng)時(shí)，若碰到毛刺、凹槽、凸肩等將發(fā)生高速摩擦，產(chǎn)生熱量，一旦碰到碳化物還有可能發(fā)生爆炸事故。因此流道內壁和切斷球閥內件的幾何形狀應圓滑過(guò)渡，表面光滑。內部表面光潔度必須滿(mǎn)足ISO8501-1Sa2的要求。
　　(6)清潔要求。如果氧氣切斷球閥內腔存在油脂、灰塵、鐵屑、鐵銹、水銹、焊渣等極小的固體顆粒雜質(zhì)，在氧氣通過(guò)氧氣切斷球閥時(shí)，可能造成激烈的燃燒、爆炸等嚴重后果，因此，凡接觸氧氣的零部件必須清潔干凈。氧氣切斷球閥運輸和安裝時(shí)需作禁油處理，氧氣切斷球閥需有明顯的禁油標記。
　　(7)密封試驗。由于氧氣切斷球閥輸送的介質(zhì)是氧氣，高壓和低壓密封試驗介質(zhì)都必須采用氮氣。采用氮氣試驗可以保證小的污染和腐蝕。

2、YQ947F電動(dòng)氧氣切斷銅球閥結構特點(diǎn)
　一種電動(dòng)閥門(mén)執行器，包括有殼體，設置在殼體內的驅動(dòng)機構、減速機構、行程軸及扭矩控制機構，所述驅動(dòng)機構包括有電機，及與電機驅動(dòng)軸傳動(dòng)連接的電動(dòng)蝸桿，所述電動(dòng)蝸桿兩端向外延伸分別形成有兩個(gè)連接部，所述連接部通過(guò)軸承轉動(dòng)設置在殼體上，所述連接部上套設有彈性件，所述彈性件的一端抵持在軸承上，另一端抵持在電動(dòng)蝸桿上，電動(dòng)蝸桿能夠在軸承內轉動(dòng)，并沿軸承的軸向移動(dòng)，所述扭矩控制機構包括有一端轉動(dòng)設置在連接部上的感應件，固定設置在殼體內的位移傳感器，及與位移傳感器電連接的電控模塊，所述感應件能夠隨電動(dòng)蝸桿的軸向位移而移動(dòng)，所述位移傳感器能夠感應感應件的位移，并把信號傳遞給電控模塊，所述電控模塊能夠根據位移傳感器的信號控制電機的通斷。氧氣切斷球閥主要結構特點(diǎn)如下。

　　(1)主閥體和副閥體均采用鍛件，以克服鑄件固有缺陷(如氣孔、夾渣、疏松等)。主閥體和副閥體采用高強度螺栓連接，連接處設置密封墊片，以保證無(wú)外泄漏。
　　(2)球體上下的支撐軸由支撐板固定在副閥體上，采用固定球支撐板結構。球體與支撐板采用低磨擦系數軸承，實(shí)現低扭矩設計。
　　(3)球體和閥座表面進(jìn)行特殊硬化處理，可大幅提高耐磨性和抗高壓氧氣吹掃能力。球體流道孔邊緣經(jīng)過(guò)鈍化，以保證硬化表層不會(huì )脫落。球體直徑比傳統設計的球體直徑大，允許有5%～7%的額外行程，可大幅降低流道孔邊緣磨損，并消除因執行機構不準確關(guān)閉而造成的意外泄漏。球體磨削后與閥座配對研磨，以確保球體與閥座金屬密封面100%密合。
　　(4)在低壓下，通過(guò)碟形彈簧的預緊力和介質(zhì)的壓力實(shí)現密封，在高壓下通過(guò)介質(zhì)的壓力實(shí)現密封。碟形彈簧在確保密封性能的同時(shí)還能避免碟形彈簧前后聚集顆粒異物，也避免了圓柱螺旋彈簧容易進(jìn)入顆粒而發(fā)生推力不均勻，使氧氣切斷球閥產(chǎn)生內泄漏。
　　(5)球體與閥桿通過(guò)圓柱銷(xiāo)并采用過(guò)盈配合聯(lián)接，聯(lián)接后球體與閥桿近似1個(gè)整體，*保證球體與閥桿同心，且操作力矩穩定。
　　(6)采用低泄漏脫脂組合填料，泄漏率滿(mǎn)足ISO15848或SHELLMESCSPE77/312微泄漏測試要求。同時(shí)為提高閥桿表面的光潔度，采用毫克能表面加工設備的毫克能刀具進(jìn)行精加工，加工后閥桿表面光潔度提高3級以上，粗糙度Ra達到0.2以下，且閥桿表面顯微硬度提高20%以上。
　　(7)在執行機構連接板外設置有機玻璃防塵板，以防止灰塵和油污等雜質(zhì)進(jìn)入閥桿和閥體內，不會(huì )對閥門(mén)造成污染，不存在安全隱患。
　　(8)靜電連接導出組件可將氧氣切斷球閥與地面連通，避免靜電的聚集。
　　(9)氧氣切斷球閥輸送介質(zhì)是氧氣，球體和閥座脫脂處理后在啟閉過(guò)程中屬于干摩擦，選擇的執行機構的安全系數大于2。

3、承壓件有限元分析
　　在傳統閥門(mén)設計中，由于計算方法的限制，只能根據材料力學(xué)中提供的一些經(jīng)驗公式進(jìn)行估算，這種方法不能全面反映閥門(mén)的應力狀態(tài)，也不能給設計人員指出閥門(mén)的薄弱環(huán)節和改進(jìn)方向。因此采用有限元分析作為氧氣切斷球閥的輔助設計是必要的，可為閥門(mén)設計提供幫助。承壓件有限元分析按照ASME第Ⅷ卷進(jìn)行，采用有限元分
4、關(guān)鍵制造過(guò)程控制
　　(1)球體磨削。高的密封性能和低的操作扭矩是球閥設計工作者追求的2個(gè)既定目標，而這一目標的解決取決于磨球機的進(jìn)步。為使球體磨削后的圓度≤0.002mm，需采用進(jìn)口高精度數控磨球機進(jìn)行包絡(luò )線(xiàn)磨削加工。
　　(2)裝配。氧氣切斷球閥零件裝配前的脫脂采用特殊流程，分為生產(chǎn)前期、超聲波1次清洗、超聲波深度清洗、超聲波脫脂4個(gè)步驟。所有氧氣切斷球閥均需在無(wú)脂閥門(mén)裝配車(chē)間裝配，采用脫脂手套、特殊裝配工具裝配。裝配后采用高壓氮氣作為性能測試介質(zhì)，試驗后在脫脂檢驗室采用紫外線(xiàn)熒光燈檢查，以確保氧氣切斷球閥清潔無(wú)油污。

 技術(shù)規范

 型號、材料及主要參數

壓力試驗

主要零件材料及性能

PN1.6MPa主要連接尺寸及重量

 
5、結語(yǔ)
　　氧氣切斷球閥苛刻的使用工況，對氧氣切斷球閥的設計、選材、加工、制造、脫脂、裝配、包裝等環(huán)節都提出了嚴格的要求。研制中采用有限元分析對承壓件進(jìn)行有限元分析，同時(shí)對球體磨削和裝配關(guān)鍵制造過(guò)程進(jìn)行控制，使研制的氧氣切斷球閥滿(mǎn)足苛刻工況要求。通過(guò)工業(yè)應用證明，國內*有能力實(shí)現氧氣切斷球閥的國產(chǎn)化，并證明氧氣切斷球閥的研制是成功的。

電動(dòng)執行器是自動(dòng)控制系統中*的執行部件，常規的運行方式是用調節器或DCS或PLC輸出的模擬信號與伺服放大器配套加以控制。這種控制方式受伺服放大器的影響，使調節系統中存在著(zhù)大量的問(wèn)題。在此介紹一種在DCS或PLC控制中直接用開(kāi)關(guān)量控制電動(dòng)執行器的方法。在DCS或PLC控制系統中，直接采用開(kāi)關(guān)量控制PLC，去除了伺服放大器，從根本上解決了伺服放大器的各種問(wèn)題，減少了投資，提高了調節系統的可靠性。該方法已在多個(gè)工程中實(shí)際使用，效果良好。電動(dòng)閥門(mén)

　　電動(dòng)執行器控制部分由電機、控制模塊、反饋傳感器、限位保護等幾部分構成，有一些控制模塊和驅動(dòng)模塊獨立安裝，有些是在一起的調整過(guò)程要圍繞以下原則去調整，一般現場(chǎng)調整要迅速解決問(wèn)題，如果半小時(shí)沒(méi)有調整好，那肯定是不允許的。所以調整要先手動(dòng)后自動(dòng)，先機械后電路、先就地后遠程。

　　第1步，斷電，手搖至全開(kāi)，全關(guān)位置調整限位。首先調整這個(gè)是因為限位調整不好，電動(dòng)執行器有可能無(wú)法全開(kāi)或全關(guān)，甚至開(kāi)關(guān)過(guò)頭而電機不斷電，造成電機或模塊損壞。

　　第二步，調整反饋機械和反饋電位器，萬(wàn)用表測試電位器的電阻，開(kāi)關(guān)電動(dòng)執行器一個(gè)循環(huán)，看整個(gè)過(guò)程電位器是否突變、是否整個(gè)過(guò)程在電位器范圍的15到45之間。這個(gè)位置線(xiàn)性，電位器有無(wú)過(guò)度。把電位器調整到適當的位置。同時(shí)保證機械運行平穩。如果沒(méi)有調整這一步，在調閥的過(guò)程中會(huì )出現反饋增大到一定程度突然減小，說(shuō)明反饋電位器過(guò)頭所致。再者可能出現調整中電位器線(xiàn)性差或者接觸不好，反饋波動(dòng)。造成電動(dòng)執行器每回不一樣。并且無(wú)法全開(kāi)全關(guān)，嚴重則只能開(kāi)關(guān)10%

　　第三步是調整模塊。模塊調整一般有三個(gè)電位器，少兩個(gè)，多則4個(gè)。零點(diǎn)、滿(mǎn)度外加比例、靈敏度。接通電源就地調整，電動(dòng)執行器全關(guān)，調整零點(diǎn)電位器，同時(shí)測量使反饋輸出為4mA同理全開(kāi)電動(dòng)執行器，調整滿(mǎn)度20mA現在零點(diǎn)會(huì )稍微變化，再調整零點(diǎn)，反復調整兩遍則調整正常，在此過(guò)程中如果出現滿(mǎn)度零點(diǎn)之間范圍太小，則調整比例電位器，然后重新調整零點(diǎn)滿(mǎn)度。后接遠程信號開(kāi)閥關(guān)閥。微調零點(diǎn)滿(mǎn)度，如果遠程開(kāi)關(guān)電動(dòng)執行器不動(dòng)作或給定與反饋偏差太大，調整靈敏度電位器。

　　后遠程開(kāi)關(guān)閥測試一次，如正常，方可DCS投自動(dòng)。也就是說(shuō)調閥三步驟，開(kāi)關(guān)電動(dòng)執行器6次就可以調整好了!如不安順序調整，調整后面的參數有些參數無(wú)法調整到位，返回來(lái)再調整前面參數，導致調整好的參數又發(fā)生變化!后越調整越亂，終電動(dòng)執行器干脆不動(dòng)作，或者僅僅動(dòng)作一點(diǎn)。甚至感覺(jué)電動(dòng)執行器模塊壞了，或者機械故障。另外有些電動(dòng)執行器零點(diǎn)滿(mǎn)度都固化了!沒(méi)有調整電位器!這樣的電動(dòng)執行器在第二步時(shí)要動(dòng)態(tài)調整就可以了

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