YQ947F電動氧氣切斷銅球閥產(chǎn)品說明

介紹了氧氣切斷球閥的結(jié)構(gòu)特點以及所需滿足的苛刻工況要求;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程;結(jié)果表明，研制成功的氧氣切斷球閥可以滿足苛刻工況要求，實現(xiàn)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(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、爆炸等嚴重后果，因此，對氧氣切斷球閥的設(shè)計、選材、加工、制造、脫脂、裝配、包裝等環(huán)節(jié)都提出了嚴格的要求。過去由于受到裝備和工藝的限制，國內(nèi)無法生產(chǎn)氧氣切斷球閥，長期依賴進口，導(dǎo)致閥門價格昂貴，供貨周期較長，且維修極為不便，不利于我國能源計劃的順利實施和閥門制造業(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意義和經(jīng)濟意義。筆者擬重點介紹針對氧氣切斷球閥國產(chǎn)化所進行的研究、設(shè)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，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，對氧氣流速有所限制。如果阻燃金屬材料在系統(tǒng)設(shè)計壓力下能夠阻燃，則不需要限制流速。選擇非金屬材料時，需評估與氧氣的兼容性。在1個火種鏈中，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個重要的參數(shù)。
　　(2)密封要求。氧氣切斷球閥的密封需要滿足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進行微泄漏測試。
　　(3)防火和防靜電功能。氧氣切斷球閥設(shè)計需考慮失火安全(firesafe)，一旦失火，閥門的外漏和內(nèi)漏不能超過API607規(guī)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(dǎo)通，在24VDC下，電阻值<10Ω。同時，氧氣切斷球閥閥體兩端需設(shè)計靜電連接導(dǎo)出組件與接地電纜連接。
　　(4)自動泄壓功能。氧氣切斷球閥必須具備閥腔自動卸壓功能。當閥門關(guān)閉后，閥腔內(nèi)壓力高于關(guān)閉壓力時，能自動卸壓至壓力低的一側(cè)。
　　(5)內(nèi)部表面光潔度。氧氣在氧氣切斷球閥內(nèi)高速流動時，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ISO8501-1Sa2的要求。
　　(6)清潔要求。如果氧氣切斷球閥內(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)，在氧氣通過氧氣切斷球閥時，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電動氧氣切斷銅球閥結(jié)構(gòu)特點
　一種電動閥門執(zhí)行器，包括有殼體，設(shè)置在殼體內(nèi)的驅(qū)動機構(gòu)、減速機構(gòu)、行程軸及扭矩控制機構(gòu)，所述驅(qū)動機構(gòu)包括有電機，及與電機驅(qū)動軸傳動連接的電動蝸桿，所述電動蝸桿兩端向外延伸分別形成有兩個連接部，所述連接部通過軸承轉(zhuǎn)動設(shè)置在殼體上，所述連接部上套設(shè)有彈性件，所述彈性件的一端抵持在軸承上，另一端抵持在電動蝸桿上，電動蝸桿能夠在軸承內(nèi)轉(zhuǎn)動，并沿軸承的軸向移動，所述扭矩控制機構(gòu)包括有一端轉(zhuǎn)動設(shè)置在連接部上的感應(yīng)件，固定設(shè)置在殼體內(nèi)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(yīng)件能夠隨電動蝸桿的軸向位移而移動，所述位移傳感器能夠感應(yīng)感應(yīng)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(jù)位移傳感器的信號控制電機的通斷。氧氣切斷球閥主要結(jié)構(gòu)特點如下。

　　(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(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，實現(xiàn)低扭矩設(shè)計。
　　(3)球體和閥座表面進行特殊硬化處理，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脫落。球體直徑比傳統(tǒng)設(shè)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(zhí)行機構(gòu)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99%密合。
　　(4)在低壓下，通過碟形彈簧的預(yù)緊力和介質(zhì)的壓力實現(xiàn)密封，在高壓下通過介質(zhì)的壓力實現(xiàn)密封。碟形彈簧在確保密封性能的同時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入顆粒而發(fā)生推力不均勻，使氧氣切斷球閥產(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微泄漏測試要求。同時為提高閥桿表面的光潔度，采用毫克能表面加工設(shè)備的毫克能刀具進行精加工，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(zhí)行機構(gòu)連接板外設(shè)置有機玻璃防塵板，以防止灰塵和油污等雜質(zhì)進入閥桿和閥體內(nèi)，不會對閥門造成污染，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程中屬于干摩擦，選擇的執(zhí)行機構(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)計中，由于計算方法的限制，只能根據(jù)材料力學(xué)中提供的一些經(jīng)驗公式進行估算，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)計人員指出閥門的薄弱環(huán)節(jié)和改進方向。因此采用有限元分析作為氧氣切斷球閥的輔助設(shè)計是必要的，可為閥門設(shè)計提供幫助。承壓件有限元分析按照ASME第Ⅷ卷進行，采用有限元分
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)計工作者追求的2個既定目標，而這一目標的解決取決于磨球機的進步。為使球體磨削后的圓度≤0.002mm，需采用進口高精度數(shù)控磨球機進行包絡(luò)線磨削加工。
　　(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個步驟。所有氧氣切斷球閥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。裝配后采用高壓氮氣作為性能測試介質(zhì)，試驗后在脫脂檢驗室采用紫外線熒光燈檢查，以確保氧氣切斷球閥清潔無油污。

 技術(shù)規(guī)范

 型號、材料及主要參數(shù)

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(jié)語
　　氧氣切斷球閥苛刻的使用工況，對氧氣切斷球閥的設(shè)計、選材、加工、制造、脫脂、裝配、包裝等環(huán)節(jié)都提出了嚴格的要求。研制中采用有限元分析對承壓件進行有限元分析，同時對球體磨削和裝配關(guān)鍵制造過程進行控制，使研制的氧氣切斷球閥滿足苛刻工況要求。通過工業(yè)應(yīng)用證明，國內(nèi)*有能力實現(xiàn)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。

電動執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中*的執(zhí)行部件，常規(guī)的運行方式是用調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)系統(tǒng)中存在著大量的問題。在此介紹一種在DCS或PLC控制中直接用開關(guān)量控制電動執(zhí)行器的方法。在DCS或PLC控制系統(tǒng)中，直接采用開關(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題，減少了投資，提高了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性。該方法已在多個工程中實際使用，效果良好。電動閥門

　　電動執(zhí)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(gòu)成，有一些控制模塊和驅(qū)動模塊獨立安裝，有些是在一起的調(diào)整過程要圍繞以下原則去調(diào)整，一般現(xiàn)場調(diào)整要迅速解決問題，如果半小時沒有調(diào)整好，那肯定是不允許的。所以調(diào)整要先手動后自動，先機械后電路、先就地后遠程。

　　第1步，斷電，手搖至全開，全關(guān)位置調(diào)整限位。首先調(diào)整這個是因為限位調(diào)整不好，電動執(zhí)行器有可能無法全開或全關(guān)，甚至開關(guān)過頭而電機不斷電，造成電機或模塊損壞。

　　第二步，調(diào)整反饋機械和反饋電位器，萬用表測試電位器的電阻，開關(guān)電動執(zhí)行器一個循環(huán)，看整個過程電位器是否突變、是否整個過程在電位器范圍的15到45之間。這個位置線性，電位器有無過度。把電位器調(diào)整到適當?shù)奈恢?。同時保證機械運行平穩(wěn)。如果沒有調(diào)整這一步，在調(diào)閥的過程中會出現(xiàn)反饋增大到一定程度突然減小，說明反饋電位器過頭所致。再者可能出現(xiàn)調(diào)整中電位器線性差或者接觸不好，反饋波動。造成電動執(zhí)行器每回不一樣。并且無法全開全關(guān)，嚴重則只能開關(guān)10%

　　第三步是調(diào)整模塊。模塊調(diào)整一般有三個電位器，少兩個，多則4個。零點、滿度外加比例、靈敏度。接通電源就地調(diào)整，電動執(zhí)行器全關(guān)，調(diào)整零點電位器，同時測量使反饋輸出為4mA同理全開電動執(zhí)行器，調(diào)整滿度20mA現(xiàn)在零點會稍微變化，再調(diào)整零點，反復(fù)調(diào)整兩遍則調(diào)整正常，在此過程中如果出現(xiàn)滿度零點之間范圍太小，則調(diào)整比例電位器，然后重新調(diào)整零點滿度。后接遠程信號開閥關(guān)閥。微調(diào)零點滿度，如果遠程開關(guān)電動執(zhí)行器不動作或給定與反饋偏差太大，調(diào)整靈敏度電位器。

　　后遠程開關(guān)閥測試一次，如正常，方可DCS投自動。也就是說調(diào)閥三步驟，開關(guān)電動執(zhí)行器6次就可以調(diào)整好了!如不安順序調(diào)整，調(diào)整后面的參數(shù)有些參數(shù)無法調(diào)整到位，返回來再調(diào)整前面參數(shù)，導(dǎo)致調(diào)整好的參數(shù)又發(fā)生變化!后越調(diào)整越亂，終電動執(zhí)行器干脆不動作，或者僅僅動作一點。甚至感覺電動執(zhí)行器模塊壞了，或者機械故障。另外有些電動執(zhí)行器零點滿度都固化了!沒有調(diào)整電位器!這樣的電動執(zhí)行器在第二步時要動態(tài)調(diào)整就可以了

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