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)，*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國產(chǎn)化所進行的研究、設(shè)計和制造。 １ 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。的密封需要滿足 ＡＮＳＩＢ１６．１０４［１］ 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［２］ 或 ＳＨＥＬＬＭＥＳＣＳＰＥ７７／３１２［３］ 進行微泄漏測試。 （３）防火和防靜電功能。設(shè)計需考慮失火安全（ｆｉｒｅｓａｆｅ），一旦失火
，閥門的外漏和內(nèi) 作者簡介：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)計和研究工作。 ? ０
３?
漏不能超過ＡＰＩ６０７ ［４］ 規(guī)定的泄漏標準。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，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。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ＩＳＯ８５０１－１ ［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，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。運輸和安裝時需作禁油處理，需有明顯的禁油標記。 （７）密封試驗。由于輸送的介質(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zui小的污染和腐蝕。 ２ 結(jié)構(gòu)特點 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—有機玻璃防塵板；１４—執(zhí)行機構(gòu)連接板；１５—執(zhí)行機構(gòu)；１６—靜電連接導(dǎo)出組件 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*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， ? 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 ［６］ 進行，采用有限元分析的承 壓件有：①閥體強度有限元分析見圖２；②球體強度有限元分析見圖３；③閥座強度有限元分析見圖４；④支撐板強度有限元分析見圖５；⑤閥桿強度有限元分析見圖
 支撐板強度有限元分析 圖６ 閥桿強度有限元分析 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。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，以確保清潔無油污。 ５ 結(jié)語 苛刻的使用工況，對的設(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)的國產(chǎn)化，并證明的研制是成功的。

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