導(dǎo)語：鋼管焊接球閥設(shè)計分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：鋼管焊接球閥廣泛應(yīng)用于城市供熱系統(tǒng)、城市煤氣管道等各類管道設(shè)備上。城市供熱系統(tǒng)和城市煤氣管道系統(tǒng)壓力一般小于2.5MPa，傳統(tǒng)的鍛鋼全焊接球閥若用在2.5MPa的工況下，存在浪費材料的情況，相比之下，鋼管焊接球閥采用鋼管作為主體承壓件，造價低，還可以節(jié)能減排。本文介紹了作者設(shè)計的鋼管焊接球閥的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)性能、材料選用、工作原理及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鋼管焊接球閥；結(jié)構(gòu)；材料；設(shè)計

1結(jié)構(gòu)特點

1.1結(jié)構(gòu)形式。鋼管焊接球閥結(jié)構(gòu)分為圓體浮動焊接球閥、圓體固定焊接球閥、方體浮動焊球閥、方體固定焊接球閥、球形固定焊接球閥。典型焊接球閥簡圖見(圖1)。圓體浮動焊接球閥常用于DN15～DN350。圓體固定焊接球閥常用于DN200～DN600。方體浮動焊接球閥常用于DN50～DN350。方體固定焊接球閥常用于DN300～DN1600。球形固定焊接球閥常用于DN600～DN1600。1.2閥體。中小口徑閥體采用無縫鋼管，大口徑閥體采用板材卷制而成。閥體體型可分為圓體和方體,球形三種焊接球閥。圓體的閥體兩端圓弧形采用工裝冷壓成形；兩邊圓弧平滑過渡，減少應(yīng)力集中，省略了中法蘭，可以減輕閥門重量，節(jié)省制造成本。方體的閥體和邊體之間采用U型焊接坡口，強度高，相比圓體能承受更大的管道拉應(yīng)力，切應(yīng)力、合成應(yīng)力，適用于大口徑焊接球閥。球形的閥體邊體采用球形鍛壓成形，重量輕，可以減少材料成本，減輕管道重量負(fù)荷，閥體與邊體中部焊縫離閥座位置較遠(yuǎn)，焊接時，熱影響和變形量對閥座周邊影響較小。邊體與袖管焊接采用對接焊方式，焊縫全焊透，減少應(yīng)力集中，抗拉強度比角焊縫好。閥體應(yīng)采用模壓加工成型的鋼管或板材卷制，或整體鍛造制作。閥體材料應(yīng)符合GB/T713或GB/T12228的規(guī)定。當(dāng)閥體采用無縫鋼管時，應(yīng)符合GB/T8163、GB/T14976的規(guī)定。閥體焊接系數(shù)的選取應(yīng)符合GB/T150.1的規(guī)定，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合GB/T150.3的規(guī)定，焊接工藝應(yīng)符合GB/T150.4的規(guī)定，加工應(yīng)符合GB50235-2010中5.4的規(guī)定。閥體最小壁厚應(yīng)符合GB/T12224的規(guī)定。1.3閥座密封。浮動球閥閥座（圖2）是采用彈性閥座密封結(jié)構(gòu)，閥座后面設(shè)有碟簧可以自動補償溫度壓力變化、自然磨損等條件下對球體密封性能的影響；由于帶有碟簧組件，球體在介質(zhì)壓力的作用下推動閥座密封圈往下游活動，閥座背面采用徑向O型圈密封。固定球閥閥座是采用活塞式密封結(jié)構(gòu)（圖3），可選用單、雙活塞閥座結(jié)構(gòu)。目前，大多數(shù)鋼管焊接固定球閥閥座采用高分子材料如PTFE+C、PPL等，此類材料閥座在使用過程中普遍存在密封性差、變形回彈性差，閥門扭矩大等問題；采用三角形密封圈結(jié)構(gòu)可以更好地避免這些問題。采用三角形密封圈結(jié)構(gòu)的彈簧預(yù)緊比壓和密封比壓比PTFE+C、PPL要小1/3左右，同時，開關(guān)扭矩也能降低1/4左右。三角形密封圈采用的VITONAED氟橡膠材料，具有很好的彈性補償性，可以降低球體表面的圓度要求，因此，在具有可靠和平穩(wěn)的密封性能的同時，還可以降低球體的加工成本；當(dāng)球體表面在使用過程中有輕微自然損傷時，仍然可以確保其密封性能。因為其優(yōu)異的密封性能，三角形密封圈閥座設(shè)計結(jié)構(gòu)可以作為長壽命，免維護鋼管焊接球閥的首選閥座結(jié)構(gòu)。1.4球體。城市供熱系統(tǒng)和城市煤氣管道系統(tǒng)壓力一般小于2.5MPa，對于低壓力球體可以采用304空心球體，以DN1200,PN25焊接球閥為例，球體內(nèi)徑1166，外徑1740，壁厚35，經(jīng)過有限元分析，承壓狀態(tài)下，球體位移量（圖4）和應(yīng)力強度（圖5）分析能夠滿足設(shè)計使用要求。1.5閥桿防飛出結(jié)構(gòu)。當(dāng)介質(zhì)通過閥門時，閥體中腔的壓力可能將閥桿推出（或者在維修閥門時，如果中腔有壓力，拆卸閥門時閥桿、介質(zhì)容易飛出，誤傷人員）。為防止這種情況發(fā)生，在閥桿下端部設(shè)計凸臺防飛出結(jié)構(gòu)。這樣，即使火災(zāi)時，填料、止推墊被燒損或其他原因引起填料損壞，閥體的介質(zhì)壓力將使閥桿凸臺與閥體上密封面緊密接觸，防止介質(zhì)大量從損壞的填料部位處泄漏。1.6防靜電裝置。當(dāng)操作閥門時，由于球體和聚四氟乙烯等非金屬材料閥座之間的摩擦，會產(chǎn)生靜電電荷并聚積在球體上。為防止產(chǎn)生靜電火花，需在閥門上設(shè)置防靜電裝置，將積聚在球體上的電荷通過球體與閥桿、閥桿與閥體之間的靜電導(dǎo)出。1.7驅(qū)動裝置。小于等于DN150的焊接球閥，采用手柄操作。大于等于DN200采用渦輪操作。手柄操作的焊接球閥，球閥在開啟狀態(tài)下，扳手的方向應(yīng)與球體通道平行。手柄或渦輪操作裝置，應(yīng)有限位裝置。

2技術(shù)性能

設(shè)計制造按：GB/T12237《石油、石化及相關(guān)工業(yè)用的鋼制球閥》，JB/T12006-2014《鋼管焊接球閥》，GB/T37827-2019《城鎮(zhèn)供熱用焊接球閥》。壓力試驗按：GB/T13927《工業(yè)閥門壓力試驗》。焊接材料按按：NB/T47018.1～NB/T47018.7《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件》。焊接工藝評定按：NB/T47014《承壓設(shè)備焊接工藝評定》。焊接規(guī)程按：NB/T47015《壓力容器焊接規(guī)程》。焊接試件檢驗按：NB/T47016《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試樣的力學(xué)性能檢驗》。無損檢測按：NB/T47013.1～NB/T47013.13《承壓設(shè)備無損檢測》。公稱直徑：DN15-DN1600。公稱壓力：PN25。強度試驗壓力：3.75MPa。水密封試驗壓力：2.75MPa。氣密封試驗壓力：0.6±0.1MPa。適用介質(zhì)：水、煤氣。適用溫度：-29～150℃。

3材料選用

閥體：中小口徑閥體采用20#無縫鋼管，大口徑閥體采用Q235、Q345R鋼板卷制、A105等材料。球體：304空心球、A105+ENP實心球。閥桿：20Cr13、AISI4140+ENP。閥座：PTFE+C、VITONAED。彈簧：INCONELX-750。

4焊接及去應(yīng)力處理

閥體上焊縫的焊接工藝評定應(yīng)符合NB/T47104的標(biāo)準(zhǔn)。閥體上焊接接頭厚度小于或等于32mm的焊縫、焊前預(yù)熱到100度以上且焊接接頭厚度小于或等于38mm的焊縫可不進行焊后熱處理，其余焊縫應(yīng)按GB/T150.4的要求進行焊接消除應(yīng)力熱處理。當(dāng)焊接接頭厚度大于32mm的焊縫，焊后不進行熱處理或無法以熱處理方式消除焊接應(yīng)力，則制造商應(yīng)提供焊縫焊后免熱處理的評估報告，以證明其使用安全。

5工作原理

焊接球閥主要由閥體、閥座、球體、閥桿、手柄、渦輪、電動裝置(或其他驅(qū)動裝置)組成。球閥的主要功能是切斷或接通管道中的流體通道，即球閥通常為閉路閥。因此，球閥的作用原理很簡單：借助手柄、渦輪或其它驅(qū)動裝置在閥桿上端施加一定的轉(zhuǎn)矩并傳遞給球體，使它旋轉(zhuǎn)90度，球體的通孔則與閥體通道中心線重合或垂直，球閥便完成了全開或全關(guān)的動作。

6結(jié)語

鋼管焊接球閥，結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能減排、免維護、使用壽命長，可以廣泛用于城市供熱系統(tǒng)和城市煤氣管道工程。

參考文獻：

[1]GB/T37827-2019《鋼管用焊接球閥》[S].

[2]章華友，晏澤榮，陳元芳等．球閥設(shè)計與選用[M]．北京:科技出版社，1994.

作者:呂東 單位:國成閥門集團有限公司