1 存在问题

  如今存在广泛运用的球阀大都是球面立体与阀杆是两个独立的零件，如图1所示。经过连署处的空隙合适，使之达到开启合拢的效果，这么的连署方式，运用时间久了便会转动不正确，带来非常大的危害。例如在煤制油、油改煤以及液化气化等炭化工系统处于媒介（煤咋）高硬度、高压力及高温度的工况下，阀门应具备耐磨、耐冲刷及迅速截断等功能。阀门启闭次数多且速度快（30min动作一次，5～10s/次），在这种事情状况下阀门的转动务必正确，否则会对严密封闭性、运用生存的年限、流量和流速有严重的影响。对图1所示的球阀来说，阀杆与球面立体接触部位应力过大，很容易引动硬化层的剥落，因此使转动精密度减低。例如，压根儿是阀杆旋转90而终止，因为硬化层的剥离，最后结果球面立体可能旋转了88，这么会带来一定的阻力，会使阀门的生存的年限大大缩减，并且硬化层的剥离会导细致精密封失去效力。

  图1 一种常用球阀结构概况图

  当启闭阀门时，阀杆与球面立体的效用部位便会形成比压，因为阀杆与球面立体之间的连署是空隙合适，造成在接触面上的比压散布也是翘棱均的（图2），越接近阀杆的边缘局部挤压应力zy越大，这么导致边缘局部因应力过大而提早使外表层剥离。相形之下，半中腰局部所遭受的应力会相应减损。

  图2 阀杆头部比压散布

  因为存在应力散布翘棱均现象，会对阀门的运用生存的年限导致一定的影响。

  在特别指定的背景中，阀杆有冲出体外的有可能。阀杆冲出体外，造成阀杆的转动不可以帮带球面立体的转动，这么就不可以使球阀施行正常的办公，严重特殊情况导致重大意外。对于上面所说的这些个事情状况，把球面立体与阀杆做成一个群体，使阀杆球面立体一体化，便会防止这种因空隙合适引动的种种失去效力，同时也不会使阀杆冲出体外。

  2 优化预设

  阀杆球面立体一体化，做成固定式硬严密封闭球阀，这么可以优化平常的球阀的一点性能，使之能够更加高效、安全地施行办公。下边以4"QS347Y-600Lb对分硬严密封闭球阀为例（图3），施行剖析。

  图3 4"QS347Y-600Lb对分硬严密封闭球阀

  2.1 球杆一体的具体加工办法

  对于阀杆，材料应合乎GB/T1220的规定，选用17-4PH不锈钢，它是马氏体沉淀硬化型不锈钢，其性能独特的地方是便于经过变化热处置工艺调试强度级别，况且该材料衰减性能好，抗腐蚀疲乏及抗水滴性能强，适应制造像阀杆这么的轴类零件。锻件要施行固溶处置，使合金中各种相充分溶解，巩固固溶体，并增长韧性及抗蚀性能，消弭应力与软化，以便接着加工或成型，经热处置后硬度要达到40~42HRC。

  对于球面立体，材料应合乎ASTMA182的规定，选用F304不锈钢，它是一种通用性的不锈钢材料，防锈性能比200系列的不锈钢材料好强。耐高温方面也比较好，304不锈钢具备良好的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。对氧气化性酸，在实验中得出：液体浓度≤65百分之百的沸腾温度以下的硝镪水中，304不锈钢具备很强的抗腐蚀性，对碱溶液及大多有机酸和无机酸亦具备令人满意的耐腐蚀有经验。球面立体与阀杆同样，也要施行锻件的固溶处置，改善钢和合金的范性和韧性，为沉淀硬化处置作好准备。

  球面立体与阀杆连署部位的尺寸48与阀杆过盈合适0.15~0.20mm，具体加工办法为：将球面立体加热到400℃，保暖20min，而后将阀杆非常准确地插进去球面立体，使之冷却后行烧焊，球面立体与阀杆的烧焊部位如图4所示，并趁早回火消弭应力。这么，阀杆与球面立体就被烧焊成了一个群体，而后喷焊Ni60，Ni60的化学成分和主要性能见表1。

  表1 Ni60自熔合金的化学成分和主要性能

  图4 球面立体与阀杆烧焊部位概况图

  Ni60粉喷焊层硬度在60HRC左右，与渗碳、渗氮、渗硼、镀铬和某些堆焊合金等外表硬化处置后的硬度相当，并具备良好的耐磨性、耐蚀性和抗高温氧气化的综合性能，已被广泛用于冶炼金属、机械、矿山、燃料、化工、轻工、交通工具等领域易损器件的修复和尽力照顾，能几倍乃至于几十倍地增长运用生存的年限，获得了显著的经济效益和社会形态效益。一样，在球面立体与阀杆上喷焊Ni60是对其外表施行巩固，使之具备较高的硬度和良好的耐磨性等综合性能。

  Ni60喷焊工艺流程如图5所示，那里面外表处置与预热尤为关紧。喷焊层与基体的接合强度，除决定于于自熔合金面子性能和喷焊工艺操作外，还与被喷作件外表处置是否合乎要求有直接关系。对于预修恢复工作件的外表疲乏层、渗碳层、氧气化层、镀铬层、锈斑、油污等需先去掉除掉。处置办法（手工）：用角向磨光机或电动磨头彻底整理至露出基体金属本身光泽为宜。对喷焊作件施行预热，是为了蒸发作件外表的水份，并使基体有一定的预膨胀，增长面子喷敷淤积率，同时有助于焊层重熔时与基体的接合。预热温度决定于于作件体积及基体的抗氧气化性能，普通较小或基体易氧气化的作件认为合适而使用150~200℃预热。

  图5 Ni60喷焊工艺流程

  2.2 关紧参变量的计算

  球杆一体化固定式硬严密封闭球阀的一点关紧参变量的计算办法如下所述。

  2.2.1 阀体壁厚S'B

  （1）

  式中：S'B为计算厚度，mm；p为计算压力，MPa；Dn为计算内径，mm；［L］为许用拉应力，MPa；C为腐蚀余量，mm。

  当阀体实际厚度SB≥S'B时，强度符合标准。

  2.2.2 严密封闭比压q

  q=DMJ（PS-PN）/（4bM）    （2）

  式中：DMJ为严密封闭面均匀直径，mm；PS为整定压力（预设选定约1.1PN），MPa；PN为公称压力，MPa；bM为严密封闭面宽度，mm；qMF为严密封闭面上务必的比压，MPa；［q］为严密封闭面许用比压，MPa。

  严密封闭比压应该满意qMF<不锈钢阀门q<［q］。

  2.2.3 阀杆的总力矩MF

  MF=MQC+MFT+MZC     （3）

  MQC=MQC1+MQC2     （4）

  MFT=0.5QT杆     （5）

  MZC=0.3927D2JHPNfzDQJ     （6）

  式中：MQC1为阀座对球预紧力萌生的磨擦力矩，Nmm；MQC2为媒介办公压力萌生的磨擦力矩，Nmm；QT为填料与阀杆的磨擦力，N；杆为阀杆直径，mm；DJH为阀座套筒外径，mm；fz为磨擦因子；DQJ为轴颈直径，mm。

  2.2.4 断面扭应力

  Ⅰ断面扭应力（方头）：

  因为阀杆头部与阀体接触，承担非常大的扭应力，为满意性能的要求，应该计算断面扭应力，使之小于许用扭应力。断面位置如图6所示。

  N1=MF/W1    （7）

  Ⅱ断面扭应力（阀杆）：

  阀杆与阀杆头部的部位直径忽然变小，最容易发生扭曲、变型，因此萌生掉转切应力。所以要计算阀杆与头部的扭应力，一样使之要小于许用扭应力。断面位置如图6所示。

  图6 阀杆头部断面位置

  N2=MF/W2    （8）

  式中：W1、W2为抗扭断面系数。

  3 优化剖析

  不锈钢球阀3.1 连署处应力剖析

  图1所示浮动球阀，由于是空隙合适，所以在接触面上的比压散布是翘棱均的。挤压应力zy应小于材料的许用挤压应力值［zy］，为满意要求，只能加大阀杆与球面立体接触部位的尺寸。但加大阀杆与球面立体接触部位的尺寸将减弱球面立体的强度，并且会使阀杆与球面立体接触部位应力过大，很容易引动硬化层的部分剥落，并逐层扩展到达整个儿球面，导细致精密封失去效力。

  对于球杆一体化固定球阀来说就防止了这些个问题，它与平常的的球阀对比有以下长处。

  （1）阀前流体压力在球面立体上萌生的效用力气所有传交给轴承，消弭了因为进口压力推动球面立体与严密封闭座形成的很大严密封闭载荷而导致过大的扭矩，不会使球面立体向阀座移动机此使阀座不会承担过大的压力，所以固定球阀的转矩小，阀座变型小，严密封闭性能牢稳，运用生存的年限长，适合使用于高压、大口径场合。

  （2）又由于球面立体与阀杆烧焊为一个群体，球面立体与驱动装置开启的角度体积绝对完全一样，使开启、合拢更加正确没有差错，防止了像平常的浮动球阀那样子，球面立体跟阀杆随着运用时间的延长，其空隙合适带来的转动不正确，甚至于显露出来“假转”现象的弊病。

  3.2 安全性能

  对平常的的球阀，尤其对于老式演员化装式阀杆的球阀，用它来输送煤气时，当球阀处于关闭状况时，积储在阀座之间的阀体腔体内的煤气会因借鉴外界卡路里而数量多气化，导致腔体内压力异常升高。这种异常升压现象有可能会使阀杆冲出体外，如图7所示。导致严重的意外，造成担任职务的人受伤和死亡。而球面立体一体化阀门，由于球面立体跟阀杆烧焊成一个群体，就从根本上防止了这种阀杆冲出体外的有可能性，这么就保障了办公背景的安全性和阀门的靠得住性。

  图7 异常升压使演员化装式阀杆冲出腔体外的事物样子

  3.3 适合背景

  煤制油（用煤液化法制油）是重点进展的一项新技术，国度已准许在内蒙古自治区建设一套年产500万吨煤直接液化项目。煤直接液扮装置工艺条件非常刻薄，对阀门提出的要求十分高。此种球杆一体化硬严密封闭球阀耐磨，且抗冲击有经验强，况且能够在媒介温度420~500℃、办公压力17~30MPa的工况下办公。满意了这种炭化工项目标要求，因此增进了煤制油工艺进展。

  球杆一体化固定式球阀的这些个优良性优化了阀门的扼制和安全性能，解决了阀门容易严密封闭失去效力的困难的问题。因此推动了阀门行业的进一步的进展，为阀门行业供给了一个美好的开发方向。

  4 总结语

  为适合我国国民经济的迅速进展，适合各行各业不一样媒介和管路提出的新要求，在阀门行业广大科学技术担任职务的人的尽力尽量下，球阀结构不停地被改进，不过此种预设也有一定的不充足之处。例如，加工工艺复杂、成本高、对加工设施的性能要求相对较高等，所以其预设要等待进一步研讨及优化。我们应尽力尽量研发科学技术含量高、满意工程参变量需求、安全性好、靠得住性高、耐卑劣背景有经验强、便于管道彻底扫除、启闭迅疾的球阀。只有这种高性能的产品才具备广大宽阔的市场和关紧的经济价值。