上海申弘阀门有限公司
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之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍固定式钛合金球阀设计研发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、航空等领城。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。球阀是用带有圆形通道的球体作启闭件，球体随阀杆转动实现启闭动作的阀门。球阀的启闭件是一个有孔的球体，绕垂直于通道的轴线旋转，从而达到启闭通道的目的。球阀主要供开启和关闭管道和设备介质之用。
固定式钛合金球阀设计研发球阀主要优点如下：
１、适用于经常操作，启闭迅速、轻便。
２、流体阻力小。
３、结构简单，相对体积小，重量轻，便于维修。
４、密封性能好
５、不受安装方向的限制，介质的流向可任意。
６、无振动，噪声小。
1 固定式钛合金球阀设计研发设计与研制
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 材料选择
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止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。钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性能强、耐高低温、可冷热成形、焊接性能好等优异性能，特别是在海水中具有优良的耐蚀性和耐冲刷腐蚀性，它在海水中的腐蚀率近于零，是海洋环境的优选结构材料。因此，钛合金在球阀上的应用可有效地改进船用球阀的耐用性，提高可靠性和使用性，减少维修和维护费。通过系统对钛合金材料的力学性能和耐腐蚀性能的综合分析，本文采用铸造钛合金ZTi2材料经熔模精密铸造的方法制备阀体、采用钛合金TC4棒材制备球轴。
钛合金材料虽然具有很多的优异性能，但却存在不耐磨损的缺点。该缺点会导致由钛合金材料制造的球轴与阀座组成的对偶件的耐磨性能下降，从而影响球阀的密封性能和使用寿命。本文采用微弧氧化技术对阀体、球轴进行表面硬化处理（见图4），从而提高其耐磨性能。同时，有效防止在使用中与钛合金接触的由铜、钢、铜基合金制造的附件产生加速腐蚀现象。
球阀阀座一般都采用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯有优良的化学稳定性、高润滑不粘性、耐腐蚀性，摩擦系数很低，而且静、动摩擦系数接近。但聚四氟乙烯的机械强度、刚性和硬度等较差，承载能力低，且在外力作用下容易发生蠕变（冷流性）；此外，它的导热系数低，热膨胀大以及不耐磨。因此，新型钛合金球阀不采用纯聚四氟乙烯，而是采用添加填充25%碳纤维的增强聚四氟乙烯，这种聚四氟乙烯以上的缺点将大大改善，用于球阀阀座，寿命也延长，密封效果也大大提高。
氢化丁腈橡胶（HNBR）是由丁腈橡胶进行特殊加氢处理而得到的一种高度饱和的弹性体，它具有良好的耐热性能，优良的耐化学腐蚀性能，优异的耐臭氧性能，较高的抗压缩*变形性能；同时氢化丁腈橡胶还具有高强度，高撕裂性能、耐磨性能优异等特点，是综合性能极为出色的橡胶之一。本文中采用氢化丁腈橡胶制备空心橡胶圈，以保证其能提供球阀密封所需的zui小预紧力及可靠的弹性补偿功能。
钛合金球阀的密封效果和使用寿命。作者设计了DN80（PN3.0MPa）船用钛合金球阀，并分别采用聚四氟乙烯弹簧组弹性阀座和增强聚四氟乙烯整体式弹性补偿阀座的2种密封形式在试验台上进行对比试验。试验表明：在试验压力3.0MPa，流速5.5m/s试验条件下，聚四氟乙烯弹簧组弹性阀座在6000次动作试验后，在0～3.0MPa压力时都发生泄漏；而增强聚四氟乙烯整体式弹性补偿阀座的钛合金球阀在10万次动作后，在0～3.0MPa压力时均无泄漏发生。由此可见，新型船用钛合金球阀的高低压密封性能良好，密封寿命长，其使用寿命是普通球阀寿命的16倍之多。
1.1.3 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 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 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。
2 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。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀
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