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之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現在介紹高壓大通徑不銹鋼氧氣截止閥設計介紹了一種新型高壓大通徑不銹鋼氧氣截止閥的結構特點、主要技術參數、材料選用和試驗，進行了截止閥的流場仿真計算分析。

1、高壓大通徑不銹鋼氧氣截止閥設計概述
用于高壓氧氣的管路與閥門具有特殊的技術要求，如防靜電、閥門流道和內表面的形狀、材料選擇、密封面設計、閥瓣和閥桿的防轉結構等都要求較高。目前研制的高壓大通徑氧氣截止閥基本都選用蒙乃爾合金材料，價格昂貴。本文介紹了一種按照GB16912-2008和IGCDOC13/02/E所規定的各種條款設計的新型高壓大通徑不銹氧氣截止閥。YJ41W不銹鋼氧氣截止閥除了具有普通閥門的功能外，又有其自身的特點。在制造時采用嚴格的禁油措施，并且所有零件在安裝前均進行嚴格的脫脂處理。所有通徑閥門法蘭端均設有導電螺孔，以防靜電。閥門外露部位有保護措施，防止塵土和油類污染。該類產品的所用材料分兩大類：一類是選用了鑄造硅黃銅為閥體、閥蓋、閥瓣的用材；另一類是選用了不銹鋼為閥體、閥蓋、閥瓣的用材。
YJ41W不銹鋼氧氣截止閥是根據氧氣管網運行特點以及考慮氧氣介質的易燃易爆的特性，以安全可靠和性能*為設計原則，并參照中華人民共和國冶金工業部制定的《氧氣安全規程》的規定而設計、制造的確保氧氣管網安全運行的閥門。主體材料選用不銹鋼或阻燃性*的銅合金，密封面為本體或堆焊D802，其余內件采用不銹鋼或銅合金；傳動部位的潤滑采用不可燃的潤滑脂，并標有明顯的禁油標記。在結構上，支架采用全閉封，并有導除靜電裝置，閥桿上配有防塵帽。
高壓大通徑不銹鋼氧氣截止閥設計YJ41W不銹鋼氧氣截止閥結構特點：
1、對于公稱壓力PN≥1.6MPa、DNl25～200采用內旁通結構；DN250～500采用帶外旁通閥結構。其目的是減小閥前、閥后的壓力差以避免高流速、高沖刷以及防止產生高溫，從而保證了氧氣管網的安全運行，同時也減小了操作力矩。
2、介質流向：PN≥1.6MPa、DN≤100介質由閥瓣下方流入閥瓣上方(即低進高出)，DN≥125介質由閥瓣卜方流入下方(高進低出)o對于DN≥125的閥門采用介質高進低出的流向，一方面足內旁通閥結構上的需要，另一方面由于介質壓力的作用使閥門的關閉力大大減小。
3、該閥設有導靜電安全裝置，可避免因靜電產生火花。
4、與普通截止閥相比，氧氣管路用截止閥的支架部分采用全封閉式結構，且壓緊填料時可以打開支架上的防護蓋板，起到了防油防塵的作用。并有明顯的禁油標記。
5、全部零件采用嚴格的脫脂處理。

2、主要技術指標
公稱通徑 DN250

公稱壓力 15MPa

工作介質 99.5%氧氣

工作溫度 -10～50℃

結構型式 角式

zui大工作壓力 12MPa

實際zui大工作流量 27.5kg/s

3、結構
研制的DN250、900磅級氧氣截止閥(圖1)為氣動驅動。當氣缸活塞上端通氣下端排氣時閥門處于關閉狀態，依靠閥瓣和閥座密封面的壓緊變形將介質封閉在入口。當活塞上端排氣下端通氣時閥門打開，閥瓣的行程通過上密封限位來保證。在支架上預留兩個窗口，可以隨時對填料進行壓緊。套筒和閥座的密封采用金屬纏繞墊密封。高壓氧氣管路用不銹鋼截止閥圖1 氧氣截止閥

3.1、閥蓋

閥蓋結構有上裝式、下裝式和自緊式等。上裝式和下裝式閥蓋受介質壓力較大，通常使用在公稱壓力不超過26MPa的閥門。上裝式閥蓋適用于直通式、角式和直流式等結構的閥門，下裝式閥蓋在高壓情況下通常只使用在角式閥門中。下裝式閥蓋較容易解決閥座與閥體的固定問題，方便閥座的安裝、維修和更換。自緊式閥蓋結構通常使用在高壓情況，一般不小于26MPa磅級。但自緊式閥蓋結構對零件的加工精度和裝配技術有較高的要求。考慮到采用平衡式結構，并且氧閥有低壓使用工況，所以閥蓋采用上裝式結構。

3.2、閥座

高壓截止閥密封副選用金屬密封。常用的金屬密封結構有平面密封、錐面密封和線密封。平面密封的工藝性好，閥瓣導向要求不高。錐面密封和線密封的閥瓣則需要精密定位導向。由于截止閥的套筒可以為閥瓣提供很好的導向，閥座選用錐面密封，密封面半錐角為30°。為了提高閥座的密封性和壽命，需要對閥瓣和閥座的密封面進行堆焊和研磨。因堆焊時要進行焊前預熱和焊后熱處理，故將閥座與閥體設計為分體式。先在閥座上堆焊后，再將閥座焊接到閥體上(圖2)。高壓氧氣管路用不銹鋼截止圖2 氧氣截止閥閥座結構

3.3、閥瓣和閥桿防轉

閥桿防轉采用兩個防轉夾板和一個鍵與閥桿通過螺釘緊固，在一個防轉夾板上伸出防轉螺栓桿與閥體支架的導向槽配合(圖3)，確保閥桿只能進行上下移動，不會發上旋轉。閥瓣和閥桿通過鎖緊螺母連接，鎖緊螺母和閥瓣之間通過安裝一個螺釘實現防松。閥瓣中有一個通過電火花加工的孔，孔中安裝了一個圓柱銷，與閥桿頭部銑出的一個槽進行配合，該結構可以防止閥瓣與閥桿之間發生相對旋轉(圖4)。

3.4、閥桿密封

閥桿密封采用填料結構。根據標準，填料選用6層增強聚四氟乙烯V形填料。閥桿填料密封可能會因為溫度變化、填料蠕變、磨損和擠出等原因出現填料松弛現象，維護不及時可能會引發泄漏事故。氧氣截止閥的閥桿密封結構中，采用帶碟形彈簧加載的活載壓緊結構(圖5)，碟形彈簧可以使填料保持相對恒定的壓緊力，避免填料密封出現松弛或過壓現象，提高填料使用壽命，延長維護周期。高壓氧氣管路用不銹鋼截止閥圖3 閥桿防轉高壓氧氣管路用不銹鋼截止閥圖4 閥瓣防轉高壓氧氣管路用不銹鋼截止閥圖5 閥桿密封

3.5、上密封

上密封是閥門全開時，阻止介質向填料函處滲漏的一種密封結構，通常采用錐形密封或球面密封。上密封閥座通常設在閥蓋或閥體上，上密封閥瓣通常設在閥桿上。為了降低成本，將上密封閥瓣設在鎖緊螺母上，閥瓣壓蓋與閥瓣通過O形圈實現端面密封，但此結構中閥瓣壓蓋與閥桿存在一定的間隙，上密封閥瓣的導向較差，不宜采用錐形密封，故采用球形密封(圖6)。上密封閥座在閥蓋上直接加工，考慮到密封力較大，采用120°錐面，閥瓣壓蓋加工成球面。高壓氧氣管路用不銹鋼截止閥圖6 上密封

3.6、防靜電設計

根據GB16912-2008，氧氣(包括液氧)設備、管道、閥門的法蘭連接和螺紋連接處，應采用金屬導線跨接，其跨接電阻應小于0.03Ω。因此認為閥門設計時在其法蘭連接處預留金屬導線接口(螺釘壓接)，方便閥門、管路系統連接后法蘭之間的導線跨接。

4、材料選擇
氧氣閥門中，與氧氣接觸零件的選材是設計的關鍵，特別是高壓氧氣閥。設計中根據GB16912-2008、IGCDOC13/02/E和GB10877-89等標準，并兼顧經濟性考慮進行選材。

不銹鋼氧氣閥結構說明
1、不銹鋼氧氣閥主要由閥體、閥蓋、閥瓣等零件組成；
2、球形閥體，手里均勻;
3、不銹鋼氧氣閥為手動操作，順時針旋轉手輪，閥門關閉，逆時針旋轉手輪，閥門開啟；
4、DN50以下不銹鋼氧氣閥無滾珠軸承，
5、DN150、DN200、DN250、DN300等大口徑不銹鋼氧氣閥增設副閥瓣。介質流從閥瓣上部流向下方。

不銹鋼氧氣閥主要特點
1、JY41W不銹鋼氧氣閥系列特殊設計的不銹鋼或銅合金截止閥，主要用于氧壓機加壓后的管道。
2、啟閉靈活。不銹鋼氧氣閥根據通徑的大小采用兩種結構，小通徑的為普通結構，大通徑的增設副閥瓣，以平衡閥前和閥后壓差，減少啟閉力矩。
3、安全可靠。不銹鋼氧氣閥制造時采用嚴格禁油措施，填料材質為聚四氟乙烯，閥桿設計成升降桿，即閥桿升降時不轉動，閥瓣隨其升降，因而減少對填料的磨損，同時上密封磨損亦降到zui低程度。所有閥件在安裝前均經過嚴格脫脂，確保使用時安全可靠。
4、閥桿外露部分均有保護措施，可以防止塵土和油污，支架軸承潤滑采用氟化脂。
5、不銹鋼氧氣閥在法蘭端加設導電螺孔，以防靜電。
4.1、金屬材料

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥根據氧氣用角式截止閥工作壓力12MPa，氣體流速小于4.5m/s的實際工況條件，閥體和閥蓋選用304材料。閥桿和套筒選用沉淀硬化不銹鋼05Cr17Ni14Cu4Nb，閥座選用不銹鋼304[6]，在閥座密封面堆焊司太立合金。

4.2、非金屬材料

氧氣介質閥中的非金屬材料主要為各種非金屬密封件。如閥瓣和套筒的動密封、套筒與閥體間的密封和閥桿密封等。閥桿密封采用柔性石墨材料或聚四氟乙烯，閥瓣和套筒的動密封采用阻燃性較好的氟橡膠O形圈或PTFE包覆O形圈。導向筒與閥體之間的密封選用金屬纏繞墊，而閥體和套筒、閥座與閥體間的冗余密封選用氟橡膠O形圈。

5、清洗和試驗
氧氣截止閥的清洗脫脂按HGJ202-1982進行。裝配前，金屬零件用四氯化碳或氟里昂清洗，非金屬零件用四氯化碳清洗，并吹干。采用紫外線(波長為320～380nm，光源為聚光，光密度至少在30cm長度上達到5.0mW/cm2)檢測脫脂件表面。脫脂合格的零件用潔凈無油白布或氣相防銹膜等包裝好，以防二次污染。在裝配中，橡膠O形圈潤滑脂選用抗化學介質潤滑脂7804。施工人員應穿戴干凈，工作服上無油污，保持雙手或手套干凈無油脂。裝配環境潔凈無油，地面不起塵，相對濕度小于75%。

試驗時*行液壓強度試驗，然后分解閥門，并按要求清洗零件，再裝配進行密封性試驗，試驗介質為高純氮(99.99%)。閥門試驗合格后，需再次進行脫脂處理和檢測，合格后包裝出廠。

6、流場計算
以入口壓力為12MPa，流量為27.5kg/s，使用介質為氧氣，進行截止閥流場仿真計算(圖7)。閥體的流道內大部分區域流速小于4.5m/s。只在環形腔與出口流道的交匯處zui大流速為5.2m/s。經過分析，其原因可能是環形腔與出口流道的過渡不夠光滑。設計時可在該處增加過渡段，加工時也需對該處進行打磨處理。高壓氧氣管路用不銹鋼截止閥圖7 角式氧閥速度分布

7、結語
新型高壓氧氣管路用截止閥，在結構設計和主體材料的選用上符合相關規范。閥門組裝時嚴格按照要求進行脫脂、禁油和相關的檢驗，性能良好。閥門成本低，易于控制，可滿足工況條件的要求。與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥