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摘要：从实际分析，超低温球阀展现出了优异的性能，具有极佳的应用前景。本文深入工作实践，结合工作经验，阐述了相关设计思路与对策。希望有效的设计分析能够优化超低温球阀的性能，从而促使其提高应用质量。
关键词：超低温球阀；结构；优化设计；球杆一体化
1引言
新时期，随着技术发展，为了有效的研究超低温球阀的优化设计，需要结合工作实际，有效的总结其设计方案，从而才能提高设计水平，进一步保证超低温球阀的应用价值。通过本文的进一步分析，旨在提高认识，从而为相关工作人员提供有效技术参考。
2超低温球阀结构设计目的
对于球阀的开关阀门来说，是一个带有圆形通道的球体，该球体与通道中轴线环绕垂直，对通道的开关和介质的流量进行控制。球阀的开关阀门属于固定的状态，即使产生外界压力，也不会发生位移的移动。球阀整体是由阀体、阀盖、滴水板、支架、阀杆以及驱动装置等组成。对超低温球阀进行优化设计中，主要是将一体式结构与二片式和三片式结构进行对比，达到降低球阀泄漏点的目的。
3阀盖设计
在对阀盖进行设计时，一定要对阀腔内流体的温度进行重视，所以可以选择加长的阀盖结构，这样可以使阀门控制装置和填料安装的位置与低温区之间的距离拉开，不但可以保证阀门填料工作在适当温度范围内，降低低温霜冻对填料的影响，保证阀杆以及其他部件的正常运行外，还有效避免了低温介质对操作球阀的工作人员造成冷灼伤。
在加长阀盖结构中，为了有效节约成本的支出，在紧固螺栓时可以不对保护层进行破坏。在确定加长阀长度时，要根据材料的导热、散热面积等因素的影响进行确定，一般来说，加长阀长度设计会按照美国MSSSP-134的标准进行确定。在加长阀盖上都会设置滴水板，其作用是避免冷凝水滴入保温层中，保证螺栓等配件的质量，滴水板设置在加长阀盖之上，由此可以看出保温介质在球阀保温中占据着重要的位置。
4泄压部件及密封结构设计
一些介质在高温汽化后，体积会膨胀，若此时阀门关闭，则腔体内压力会急剧升高，不仅会破坏球阀各个部件的功能，还会造成阀门失效，影响整个输送线的正常运行。因此，一定要在阀门端口处安装泄压部件。通常泄压部件的设计采用泄压孔形式，确保腔体和管道端口的正常连通。密封结构决定了整个阀门的质量优劣，是整个球阀的核心部分，一般包含阀杆密封和阀座密封两个部件。阀杆密封要满足易维护、低泄漏的特性，通常根据具体应用设计二道或多道密封，满足ISO15848-2的B级密封标准，还可以根据实际应用选择ISO15848-1的C01级标准，可以有效减少水滴渗入到柔性填料内，造成器件损伤。在超低温工况下，阀座密封主要运用唇式密封圈，其精度较高，且对相关零件的性能要求也较为严格，密封效果良好。根据泄压需要，上游阀座通常采用单向密封圈，而下游阀座通常采用双向密封圈，应用最多的密封圈材料为聚三氟氯乙烯（PCTFE），其拥有极佳的超低温特增性。
图1为阀杆密封采用新型三重低温材料的组合设计。第一道密封:利用弹簧压缩后的预紧力及介质压力对PCTFE填料持续施压，达到自紧密封效果;第二道密封为中间O型圈密封;第三道密封为成型柔性石墨密封，以此达到密封安全防火目的。如果第一道密封失效后，第二道、第三道还可以形成密封，并在火灾条件下第三道密封起作用。这种三重密封结构使阀杆密封具有安全可靠性。
5防火及防静电结构设计
如果温度或者压力等因素发生急剧变化后，会使介质发生渗漏的情况，导致火灾的发生，因此在对球阀进行设计时，一定要重视防火和防静电结构的设计。一般来说，在球阀中进行防火设计时，都是在阀盖和阀体链接的位置设计一个密封的结构，可以选择柔性介质的缠绕垫片和唇式密封圈的双通道设计，同样，阀杆位置的密封也要选择这样的介质进行多结构的组合，从而发挥出防火的作用。通过这样的设计，可以有效防止密封结构出现融化失效的情况。还可以选择非金属密封垫和金属阀座结合的方式，进行防火设计，这种设计方法可以对传输介质内漏情况进行防止，保证阀门不被破坏，但是这种设计方法也存在一定的弊端，就是使用成本较高。超低温球阀具有一定的特殊性，所以在进行防火设计时，要严格按照API6FA或者API607防火安全标准进行执行。在对超低温球阀的优化设计中，因为超低温球阀的PCTFE材料具有静电聚集的作用，很容易出现静电火花，加上超低温所运输的介质大多属于易燃易爆品，因此要对球阀进行防静电结构的设计。一般来说，会在阀杆接触的位置上设置一个弹簧和钢球，这样可以使球体不产生静电，在12V直流电压下，阀盖与阀杆以及阀盖与球体之间的电阻要小于10Ω。
6驱动结构设计
当阀杆和垂线成30o角时，能够实现阀门的正常运转。为了在全开以及全毕状态下实现超低温球阀的自由锁定，齿轮驱动以及执行器等手动球阀装置都应该设置锁定器。执行机构不仅可以在恶劣条件下维持操作，还可以实现在线维修、更换等操作，为超低温球阀的可持续利用提供了便捷。阀杆与阀体一体化设计对于传统球阀来说，阀杆和球体是两个相对独立的部件，通过多种密封技术以及对其的优化措施，往往由于应力分布不均，导致接口不能完美衔接在一起，还会出现硬化层脱落的情况。因此，对球阀的阀杆和阀体进行一体化设计，也就是说通过焊接等工艺将阀杆和球体衔接在一起，选择焊Ni60喷在衔接处，从而避免表面发生脱落的情况。在阀杆和阀体一体化设计中，要加强对材料的重视，阀杆的材料可以选择17-4PH不锈钢，这种材质具有较强的抗腐蚀性，在热处理后具有较高硬度的优势，而球体的材料可以选择F304不锈钢，这种材料有较好的防锈性，并且比较耐高温，同样具有较强的抗腐蚀性的优点。通过对阀杆和阀体一体化的设计，可以有效提高阀门的安全性。
7金属密封面材料在低温下冷缩变形的控制
对于金属材料(阀体、阀盖、球体、阀座、阀杆)，零件在粗加工之后精加工之前，采用“深冷处理”的方法，可以消除低温阀门材料的马氏体组织相变和材料的收缩变形。通过实践，确定了低温处理的温度为－196℃，深冷处理时间由2h延长到3h，保证深冷处理充分、均衡。但对于精密度要求高的密封件，经一次深冷处理恢复到常温后，再次进行深冷处理，消除低温变形对阀门密封副尺寸精密度的影响，提高了阀门在低温工况密封的可靠性。
结束语：
总之，为了满足工作需要，超低温球阀的性能结构也在不断的优化。本文分析了超低温球阀的结构设计对策，希望能够不断优化球阀的性能，从而确保超低温球阀能够更好地应用到相关领域，以提高其应用价值。
参考文献
[1]汝强,周巍巍.超低温球阀阀座组件冷装配工艺研究[J].阀门,2018(06):17-18+32.
[2]朱子龙.超低温固定软密封球阀阀座设计[J].科学技术创新,2018(20):171-172.
[3]王阳阳,贾晨.超低温球阀结构设计及计算[J].液压气动与密封,2018,38(05):4-7.
[4]付源．低温阀门密封性研究［J］．机械工程师，2016(3):199－200．
[5]吴建新，张清双，茅岭峰．液化天然气接收站用上装式球阀技术研究［J］．阀门，2017(1):1－3．
论文作者:梁拓,潘修海
论文发表刊物:《城镇建设》2019年14期
论文发表时间:2019/9/29
标签：球阀论文; 超低温论文; 阀门论文; 球体论文; 阀体论文; 低温论文; 介质论文; 《城镇建设》2019年14期论文;