氧氣切斷球閥廣泛應(yīng)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(nèi)漏都有可能造成激烈燃燒、爆炸等嚴(yán)重后果，因此，對(duì)的設(shè)計(jì)、選材、加工、制造、脫脂、裝配、包裝等環(huán)節(jié)都提出了嚴(yán)格的要求。過去由于受到裝備和工藝的限制，國(guó)內(nèi)無法生產(chǎn)，*依賴進(jìn)口，導(dǎo)致閥門價(jià)格昂貴，供貨周期較長(zhǎng)，且維修極為不便，不利于我國(guó)能源計(jì)劃的順利實(shí)施和閥門制造業(yè)的發(fā)展。因此的國(guó)產(chǎn)化具有十分重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。筆者擬重點(diǎn)介紹針對(duì)國(guó)產(chǎn)化所進(jìn)行的研究、設(shè)計(jì)和制造。 １ 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(jù)在使用條件下金屬的可燃性，對(duì)氧氣流速有所限制。如果阻燃金屬材料在系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(píng)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(shù)。 （２）密封要求。的密封需要滿足 ＡＮＳＩＢ１６．１０４［１］ 計(jì)算。由于計(jì)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(jí)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(biāo)準(zhǔn)ＩＳＯ１５８４８－１［２］ 或 ＳＨＥＬＬＭＥＳＣＳＰＥ７７／３１２［３］ 進(jìn)行微泄漏測(cè)試。 （３）防火和防靜電功能。設(shè)計(jì)需考慮失火安全（ｆｉｒｅｓａｆｅ），一旦失火
，閥門的外漏和內(nèi) 作者簡(jiǎn)介：梁連金（１９８２年－），男，福建廈門人，２００１年畢業(yè)于南京理工大學(xué)機(jī)電一體化專業(yè)，工程師，從事化工閥門和超硬合金涂層的設(shè)計(jì)和研究工作。 ? ０
３?
漏不能超過ＡＰＩ６０７ ［４］ 規(guī)定的泄漏標(biāo)準(zhǔn)。軟密封的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(dǎo)通，在２４ＶＤＣ下，電阻值＜１０Ω。同時(shí)，閥體兩端需設(shè)計(jì)靜電連接導(dǎo)出組件與接地電纜連接。 （４）自動(dòng)泄壓功能。必須具備閥腔自動(dòng)卸壓功能。當(dāng)閥門關(guān)閉后，閥腔內(nèi)壓力高于關(guān)閉壓力時(shí)，能自動(dòng)卸壓至壓力低的一側(cè)。 （５）內(nèi)部表面光潔度。氧氣在內(nèi)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(nèi)壁和切斷球閥內(nèi)件的幾何形狀應(yīng)圓滑過渡，表面光滑。內(nèi)部表面光潔度必須滿足ＩＳＯ８５０１－１ ［５］ Ｓａ２的要求。 （６）清潔要求。如果內(nèi)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)，在氧氣通過時(shí)，可能造成激烈的燃燒、爆炸等嚴(yán)重后果，因此，凡接觸氧氣的零部件必須清潔干凈。運(yùn)輸和安裝時(shí)需作禁油處理，需有明顯的禁油標(biāo)記。 （７）密封試驗(yàn)。由于輸送的介質(zhì)是氧氣，高壓和低壓密封試驗(yàn)介質(zhì)都必須采用氮?dú)?。采用氮?dú)庠囼?yàn)可以保證zui小的污染和腐蝕。 ２ 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 的結(jié)構(gòu)形式見圖
１。 圖１ 結(jié)構(gòu)形式 １—主閥體；２—副閥體；３—球體；４—閥座；５—碟形彈簧；６—傳動(dòng)銷；７—軸承；８—支撐板；９—減磨墊；１０—閥桿；１１—支架；１２—低泄漏脫脂組合填料；１３—有機(jī)玻璃防塵板；１４—執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接板；１５—執(zhí)行機(jī)構(gòu)；１６—靜電連接導(dǎo)出組件 主要結(jié)構(gòu)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(qiáng)度螺栓連接，連接處設(shè)置密封墊片，以保證無外泄漏。 （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(jié)構(gòu)。球體與支撐板采用低磨擦系數(shù)軸承，實(shí)現(xiàn)低扭矩設(shè)計(jì)。 （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)過鈍化，以保證硬化表層不會(huì)脫落。球體直徑比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(zhí)行機(jī)構(gòu)不準(zhǔn)確關(guān)閉而造成的意外泄漏。球體磨削后與閥座配對(duì)研磨，以確保球體與閥座金屬密封面１００％密合。 （４）在低壓下，通過碟形彈簧的預(yù)緊力和介質(zhì)的壓力實(shí)現(xiàn)密封，在高壓下通過介質(zhì)的壓力實(shí)現(xiàn)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，使產(chǎn)生內(nèi)泄漏。 （５）球體與閥桿通過圓柱銷并采用過盈配合聯(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(wěn)定。 （６）采用低泄漏脫脂組合填料，泄漏率滿足ＩＳＯ１５８４８或ＳＨＥＬＬＭＥＳＣＳＰＥ７７／３１２微泄漏測(cè)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(shè)備的毫克能*進(jìn)行精加工，加工后閥桿表面光潔度提高３級(jí)以上，粗糙度Ｒａ達(dá)到０．２以下，且閥桿表面顯微硬度提高２０％以上。 （７）在執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接板外設(shè)置有機(jī)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(nèi)，不會(huì)對(duì)閥門造成污染，不存在安全隱患。 （８）靜電連接導(dǎo)出組件可將與地面連通，避免靜電的聚集。 （９）輸送介質(zhì)是氧氣，球體和閥座脫脂處理后在啟閉過程中屬于干摩擦，選擇的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安全系數(shù)大于２。 ３ 承壓件有限元分析 在傳統(tǒng)閥門設(shè)計(jì)中，由于計(jì)算方法的限制，只能根據(jù)材料力學(xué)中提供的一些經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算， ? １３?第５期 梁連金 
的研制
這種方法不能全面反映閥門的應(yīng)力狀態(tài)，也不能給設(shè)計(jì)人員指出閥門的薄弱環(huán)節(jié)和改進(jìn)方向。因此采用有限元分析作為的輔助設(shè)計(jì)是必要的，可為閥門設(shè)計(jì)提供幫助。承壓件有限元分析按照ＡＳＭＥ第Ⅷ卷 ［６］ 進(jìn)行，采用有限元分析的承 壓件有：①閥體強(qiáng)度有限元分析見圖２；②球體強(qiáng)度有限元分析見圖３；③閥座強(qiáng)度有限元分析見圖４；④支撐板強(qiáng)度有限元分析見圖５；⑤閥桿強(qiáng)度有限元分析見圖
 支撐板強(qiáng)度有限元分析 圖６ 閥桿強(qiáng)度有限元分析 ４ 關(guān)鍵制造過程控制 （１）球體磨削。高的密封性能和低的操作扭矩是球閥設(shè)計(jì)工作者追求的２個(gè)既定目標(biāo)，而這一目標(biāo)的解決取決于磨球機(jī)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(shù)控磨球機(jī)進(jìn)行包絡(luò)線磨削加工。 （２）裝配。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。所有均需在無脂閥門裝配車間裝配，采用脫脂手套、特殊裝配工具裝配。裝配后采用高壓氮?dú)庾鳛樾阅軠y(cè)試介質(zhì)，試驗(yàn)后在脫脂檢驗(yàn)室采用紫外線熒光燈檢查，以確保清潔無油污。 ５ 結(jié)語 苛刻的使用工況，對(duì)的設(shè)計(jì)、選材、加工、制造、脫脂、裝配、包裝等環(huán)節(jié)都提出了嚴(yán)格的要求。研制中采用有限元分析對(duì)承壓件進(jìn)行有限元分析，同時(shí)對(duì)球體磨削和裝配關(guān)鍵制造過程進(jìn)行控制，使研制的滿足苛刻工況要求。通過工業(yè)應(yīng)用證明，國(guó)內(nèi)*有能力實(shí)現(xiàn)的國(guó)產(chǎn)化，并證明的研制是成功的。

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