低温碳钢截止阀的研制与开发

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

制冷是耗能大的行业之- ，制冷装置的节能是我国节能工作中重要的-环。目前，我国已将制冷设备的发展纳入了《节能减排发展规划》当中”J。作为制冷设备不可缺少 的-部分 ，制冷用截止阀也必须具有很好 的节能性。本项 目就是针对随着制冷装置节能性要求的提高，开发的-种既能满足系统使用要求又能提高整个制冷装置节能性的新型节能型制冷阀门产品≮能、长寿命是该制冷用截止阀的特点。

2.制冷用截止阀技术难点制冷用截止 阀是制冷系统 中重要的 阀门，其技术 难点是 ：(1)如何通过采用计算机辅助设计 ，采用国际先进的三维实体建模设计理念，采用 自上而下的设计方法，模拟优化结构，流通能力大大提升，具有明显的节能特性 ，能大大降低制冷 系统的运行成 本。

(2)如何选用阀体新材料和新工艺，进-步提高耐腐蚀性 ，冲击韧性好 ；优化阀体结构 ，使截止阀结构先进 ，阀体强度高 ，耐压能力强，流阻系数小，节能降耗，内腔清洁度高。

3.项目研制过程项目组查阅大量国内外相关资料，确定了低温碳钢截止阀产品雏形 ，经过讨论研究决定将产品的研制过程分为四步 ：确定产品组成结构-确定各零部件材料-通过计算和校核确定各零部件的产品图纸-制定产品加工工艺及所需工艺工装。同时，为了保证产品质量 ，低温阀门必须进行冷态试验 J。

3.1确定产品组成结构(1)阀体结构形式和阀体毛坯的选择要确定产品结构，首先应该确定阀门整体形式 ，而阀体又是整个阀门中最重要的组成部分。

阀体的结构形式主要有两种 ，-是直通式 ，即阀杆中心线与阀体 中心线成 90。，另外-种为直流式，即阀杆中心线与阀体中心线成 45。。这两种阀门的结构形式决定了整个阀门的节能性能，而衡量阀门节能效果的- 个重要参数就是阀门的流量系数和流阻系数，为了确定阀门的结构形式，做了以下对比：流量系数 Kv的计算式KvQ式中 Q体积流量(m /h)；Ap阀门的压力损失(bar)P流体密度(Kg/m )阀门的典型流量系数对照表见表 1，截止阀流阻系数 对照表见表2。

表 1 阀门的典型流量系数对照表型 式 Kv截止阀(传统直通型式) 34-51Y型 l阀杆与管道中心线夹角45。 62阀门 l阀杆与管道中心线夹角60。 56表 2 截止阍流阻系数 对照裹DN(珊) 20 40 80 100 150 200 直通式 8.O 4.9 4.O 4.1 4.4 4.7DN(mm) 40 50 65 80 10o 150 直流式 O.85 0.73 0.65 O.6 O.5 0.42通过以上对 比，发现直流式Y”型阀门具有流量系数大、流阻系数小的特点。为了尽最大限度提升阀门节能效果，我们决定阀体采用直流式Y”型结构。

收稿日期：2013-Ol-12作者简介：关洪涛(1968- )，男，河南内黄人，河南中轴控股集团股份有限公司副总经理，工程师，研究方向：机械产品的设计与生产。

第3期 关洪涛：低温碳钢截止阀的研制与开发 81阀体毛坯的形成主要有铸造、锻造、焊接三种方法。

综合考虑确定阀体采用 AOD炉(氩氧脱碳精炼 )精炼工艺。AOD工艺是生产超低碳不锈钢及纯净高质量合金钢的先进技术。由此生产的铸钢件具有优 良的力学和工艺性能(较高的机械性能，改善钢材塑性 、冲击韧性)，适用于高端阀门对钢水的要求。

(2)阀门与制冷系统中管道连接形式的选择传统阀门与系统管道都采用法兰式连接 ，每只阀门出厂时都必须配带两片法兰和若干紧固用螺栓。由于采用这种形式，所以阀体两端必须设计两片与外配法兰相同大小与厚度的凹法兰，所 以阀门重量大大增加 ，而且外 配法兰与 凹法兰采用垫片密封 ，所 以当阀门安装到系统后 ，又增加两个可能的漏点。参考国外资料后 ，决定采用对焊式连接，即每只阀门在进、出121弯头两端机加工出标准坡口，然后直接将阀门与管道焊接 ，为 了提高阀门内腔清洁度，阀门出厂前我们都在进、出 口弯头处安装塑料封头。

(3)密封形式的选择截止阀密封采用先进的金属对工程塑料软倒密封的上密封结构。国内现有阀门为了降低成本大部分都没有软倒密封或采用金属对金属硬密封结构形式，这种结构往往由于阀门的开启关闭或加工质量原因造成泄露。为了提高上密封性能，我们采用先进的金属对工程塑料的软密封结构，大大提高了密封性能，为阀门开启后新增加-道密封，大大提高了阀门的密封性能。

(4)阀瓣与 阀杆连接形式 的选择阀瓣与阀杆连接后与阀体构成阀门的主要密封面。

阀杆与阀瓣的连接必须保证在阀门关闭过程 中随着阀杆的螺旋向下移动，阀瓣必须仅作直线向下移动，只有这样 ，才能防止阀门在关闭过程中阀瓣密封面的磨损，即阀瓣不会随着阀杆螺旋转动，避免了阀瓣密封面与阀体密封面的摩擦。另-方面，连接又要承受住系统-定的反向压力，我们潜心研究 ，采用了类似轴承结构的滚珠连接结构 ，大大提高了阀门的使用性能。

3.2确定各零部件材料因为低温阀不仅要求在低温下保证正常工作，同时也要保证其常温的工作性能。因此，对于其所使用的材料不仅要 满足常温机械性能 ，同时也要满 足低温下所需的机械性能 J。而且阀门连接形式为对焊式，所以还要考虑材料的焊接性能。为了既不增加产 品成本又满足使用要求，我们确定阀体采用低温碳钢，阀杆采用不锈钢 ，提高阀杆的耐腐蚀性能，阀盖采用铸钢。

填料是保证阀门密封性能的重要组成部分 ，所 以填料材料的选择十分重要。国内阀门填料大部分分为两种 ，-种是柔性石墨，另-种是聚 四氟乙烯，两者各有长短处。我们为了取两者的长处，摈弃两者的短处，采用了由法国材料专家提供的特殊材料配方 ，我们称之为复合聚四氟乙烯。这种材料既有柔性石墨的润滑性，又有聚四氟乙烯的高强度性能。

3.3项 目的特 点在我国，无论是制冷机的主机阀门，还是容器及冷藏间管道上的阀门，大部分是-阀专用 j。低温碳钢截止阀是应用于食品、煤炭、化工、水利、石油、破、制药、船舶和燃气等行业冷冻、冷藏系统。该产品与同类产品相比，具有如下显著特点。

(1)本产品用于制冷系统 中冷却介质的切断或接通 ，转动阀门手轮，带动阀杆升降阀瓣，使其开启或关闭。

(2)全部采用计算机辅助设计 ，采用国际先进的三维实体建模设计理念，即每-个零件都被设计成由若干特征组成的实体模型，通过该设计理念设计出的零件，全部是参数化模型。该阀门的设计采用 自上而下的设计方法，从设计初期就增强了各尺寸的相互关联性。实体模型完成后通过模拟装配和强度校核后，再进行各个零件工程图的制作。从设计入手，模拟优化结构，流通能力大大提升 ，具有明显的节能特性，能大大降低制冷系统 的运行成本 。

(3)本产品阀体材料为低温碳钢(LCB)，采用了氩氧脱碳精炼工艺 ，耐腐蚀 ，冲击韧性好♂构为阀杆与管道中心线夹角 45。的直流式Y”型焊接阀体，具有表面质量好、清洁度高、流阻小等优点，并且耐低温性能良好∝止阀结构先进，阀体强度高，耐压能力强，流量系数 Kv高，流阻系数 小，节能降耗 ，阀门外观好 ，内腔清洁度 高。

(4)截止阀密封采用先进的金属对工程塑料软倒密封 ，大大提高了密封性能 ，为阀门开启后新增加-道密封 ，大大提高了阀门的密封性能。填料采用复合聚四氟乙烯 ，这种材料既有柔性石墨的润滑性 ，又有聚四氟乙烯的高强度性能 ，进-步提高了密封性能。

随着行业装备条件、技术水平的不断提高，阀门产品也在向高技术含量、高参数、耐腐蚀、长寿命方向发展。本项 目制冷用截止阀的设计技术更加先进 ，更多地采用新材料新工艺，制冷用截止阀的耐低温性能将进-步提高，使用寿命将进-步增长，社会和经济效益将进- 步增加 。