上海申弘閥門有限公司
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YQ947F電動氧氣切斷銅球閥的詳細資料：
YQ947F電動氧氣切斷銅球閥產品說明
介紹了氧氣切斷球閥的結構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、零部件裝配等關鍵制作步驟的控制過程;結果表明，研制成功的氧氣切斷球閥可以滿足苛刻工況要求，實現了氧氣切斷球閥的國產化生產制造。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。由于氧氣切斷球閥所處工況屬易燃、易爆環境，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、包裝等環節都提出了嚴格的要求。過去由于受到裝備和工藝的限制，國內無法生產氧氣切斷球閥，長期依賴進口，導致閥門價格昂貴，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的發展。因此氧氣切斷球閥的國產化具有十分重要的社會意義和經濟意義。筆者擬重點介紹針對氧氣切斷球閥國產化所進行的研究、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，金屬的可燃性是關鍵考慮的問題，而金屬材料的化學成分、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，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生的熱和自燃溫度(AIT)是2個重要的參數。
(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。氧氣切斷球閥設計需考慮失火安全(firesafe)，一旦失火，閥門的外漏和內漏不能超過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，有可能產生靜電，必須與閥體導通，在24VDC下，電阻值<10Ω。同時，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。當閥門關閉后，閥腔內壓力高于關閉壓力時，能自動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時，若碰到毛刺、凹槽、凸肩等將發生高速摩擦，產生熱量，一旦碰到碳化物還有可能發生爆炸事故。因此流道內壁和切斷球閥內件的幾何形狀應圓滑過渡，表面光滑。內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，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是氧氣，高壓和低壓密封試驗介質都必須采用氮氣。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構特點
一種電動閥門執行器，包括有殼體，設置在殼體內的驅動機構、減速機構、行程軸及扭矩控制機構，所述驅動機構包括有電機，及與電機驅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動設置在殼體上，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，另一端抵持在電動蝸桿上，電動蝸桿能夠在軸承內轉動，并沿軸承的軸向移動，所述扭矩控制機構包括有一端轉動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蝸桿的軸向位移而移動，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，實現低扭矩設計。
(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。球體流道孔邊緣經過鈍化，以保證硬化表層不會脫落。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，通過碟形彈簧的預緊力和介質的壓力實現密封，在高壓下通過介質的壓力實現密封。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生推力不均勻，使氧氣切斷球閥產生內泄漏。
(5)球體與閥桿通過圓柱銷并采用過盈配合聯接，聯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進入閥桿和閥體內，不會對閥門造成污染，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
在傳統閥門設計中，由于計算方法的限制，只能根據材料力學中提供的一些經驗公式進行估算，這種方法不能全面反映閥門的應力狀態，也不能給設計人員指出閥門的薄弱環節和改進方向。因此采用有限元分析作為氧氣切斷球閥的輔助設計是必要的，可為閥門設計提供幫助。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控磨球機進行包絡線磨削加工。
(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，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。
技術規范
| 設計依據 | GB |
| 設計標準 | GB12237-89 |
| 結構長度 | GB12221-89 |
| 連接法蘭 | GB/T 9113-2000 JB/T79-94 |
| 試驗和檢驗 | JB/T 9092-99 |
型號、材料及主要參數
| 產品型號 | YQ41F-16T~100T | YQ41F-16P-100P |
| YQ47F-16T~100T | YQ47F-16P-100P | |
| 閥體 | 銅合金 | |
| 球體 | 銅合金 | |
| 閥桿 | 304 | |
| 密封圈 | PTFE | |
| 閥座 | 銅合金 | |
| 填料 | PTFE+O形圈 | |
| 適用介質 | 氧氣、氫氣等 | |
| 適用溫度 | -29~150℃ | |
| 蝸輪氧氣球閥 | YQ后插入“3”表示，示例：YQ341F-16T | |
| 氣動氧氣球閥 | YQ后插入“6”表示，示例：YQ647F-25P | |
| 電動氧氣球閥 | YQ后插入“9”表示，示例：YQ947F-40P | |
壓力試驗
| 公稱壓力 | 1.6 | 2.5 | 4.0 |
| 強度試驗 | 2.4 | 3.8 | 6.0 |
| 水密封試驗 | 1.8 | 2.8 | 4.4 |
| 氣密封試驗 | 0.4-0.7 | ||
主要零件材料及性能
| 閥體 | WCB | ZG1Cr18Ni9Ti | CF8 | CF3 | ZG1Cr18Ni12Mo2Ti | CF8M | CF3M |
| 球體 閥桿 | 2Cr13 | 1Cr18Ni9Ti | 304 | 304L | 1Cr18Ni12Mo2Ti | 316 | 316L |
| 閥 座 | 聚四氟乙烯PTFE 加坡纖增強聚四氟乙烯PTFE+Glass 對位聚笨PPL | ||||||
| 墊片 | 聚四氟乙烯PTFE 不銹鋼/柔性石墨 齒形墊片 | ||||||
| 閥桿座 | 聚四氟乙烯PTFE 不銹鋼/柔性石墨 | ||||||
| 填料 | 聚四氟乙烯PTFE 增強柔性石墨 | ||||||
| 填料壓蓋 | WCB | 1Cr18Ni9Ti | 304 | 304L | 1Cr18Ni12Mo2Ti | 316 | 316L |
| 溫度 | -29～150(聚四氟乙烯 PTFE) -29～200(加玻纖增強聚四氟乙烯 PTFE+GLASS) -29～300(對位聚笨 PPL) | ||||||
| 介質 | 水 蒸汽 油品 | 硝酸類 | 強氧化介質 | 醋酸類 | 尿素類 | ||
PN1.6MPa主要連接尺寸及重量
| 公稱通徑DN | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | 200 |
| L | 130 | 140 | 150 | 165 | 180 | 200 | 220 | 250 | 280 | 320 | 360 | 400 |
| H | 59 | 63 | 75 | 85 | 95 | 107 | 140 | 152 | 178 | 252 | 272 | 342 |
| W | 130 | 130 | 160 | 180 | 230 | 230 | 400 | 400 | 650 | 1050 | 1050 | 1410 |
| Wt（㎏） | 2.5 | 3 | 5 | 6 | 7 | 10 | 15 | 19 | 33 | 58 | 93 | 160 |
5、結語
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行有限元分析，同時對球體磨削和裝配關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。通過工業應用證明，國內*有能力實現氧氣切斷球閥的國產化，并證明氧氣切斷球閥的研制是成功的。
電動執行器是自動控制系統中*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大量的問題。在此介紹一種在DCS或PLC控制中直接用開關量控制電動執行器的方法。在DCS或PLC控制系統中，直接采用開關量控制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，提高了調節系統的可靠性。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模塊獨立安裝，有些是在一起的調整過程要圍繞以下原則去調整，一般現場調整要迅速解決問題，如果半小時沒有調整好，那肯定是不允許的。所以調整要先手動后自動，先機械后電路、先就地后遠程。
第1步，斷電，手搖至全開，全關位置調整限位。首先調整這個是因為限位調整不好，電動執行器有可能無法全開或全關，甚至開關過頭而電機不斷電，造成電機或模塊損壞。
第二步，調整反饋機械和反饋電位器，萬用表測試電位器的電阻，開關電動執行器一個循環，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。把電位器調整到適當的位置。同時保證機械運行平穩。如果沒有調整這一步，在調閥的過程中會出現反饋增大到一定程度突然減小，說明反饋電位器過頭所致。再者可能出現調整中電位器線性差或者接觸不好，反饋波動。造成電動執行器每回不一樣。并且無法全開全關，嚴重則只能開關10%
第三步是調整模塊。模塊調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。接通電源就地調整，電動執行器全關，調整零點電位器，同時測量使反饋輸出為4mA同理全開電動執行器，調整滿度20mA現在零點會稍微變化，再調整零點，反復調整兩遍則調整正常，在此過程中如果出現滿度零點之間范圍太小，則調整比例電位器，然后重新調整零點滿度。后接遠程信號開閥關閥。微調零點滿度，如果遠程開關電動執行器不動作或給定與反饋偏差太大，調整靈敏度電位器。
后遠程開關閥測試一次，如正常，方可DCS投自動。也就是說調閥三步驟，開關電動執行器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法調整到位，返回來再調整前面參數，導致調整好的參數又發生變化!后越調整越亂，終電動執行器干脆不動作，或者僅僅動作一點。甚至感覺電動執行器模塊壞了，或者機械故障。另外有些電動執行器零點滿度都固化了!沒有調整電位器!這樣的電動執行器在第二步時要動態調整就可以了
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