钢管焊接球阀设计分析

钢管焊接球阀设计分析 摘要：钢管焊接球阀广泛应用于城市供热系统、城市煤气管道等各类管道设备上城市供热系统和城市煤气管道系统压力一般小于2.5MPa，传统的锻钢全焊接球阀假设用在2.5MPa的工况下，存在浪费材料的情况，相比之下，钢管焊接球阀采用钢管作为主体承压件，造价低，还可以节能减排本文介绍了作者设计的钢管焊接球阀的构造特点、技术性能、材料选用、工作原理及应用 关键词：钢管焊接球阀；构造；材料；设计 1构造特点 1.1构造形式钢管焊接球阀构造分为圆体浮动焊接球阀、圆体固定焊接球阀、方体浮动焊球阀、方体固定焊接球阀、球形固定焊接球阀典型焊接球阀简图见(图1)圆体浮动焊接球阀常用于DN15～DN350圆体固定焊接球阀常用于DN200～DN600方体浮动焊接球阀常用于DN50～DN350方体固定焊接球阀常用于DN300～DN1600球形固定焊接球阀常用于DN600～DN16001.2阀体中小口径阀体采用无缝钢管，大口径阀体采用板材卷制而成阀体体型可分为圆体和方体,球形三种焊接球阀圆体的阀体两端圆弧形采用工装冷压成形；两边圆弧平滑过渡，减少应力集中，省略了中法兰，可以减轻阀门重量，节省制造本钱。

方体的阀体和边体之间采用U型焊接坡口，强度高，相比圆体能承受更大的管道拉应力，切应力、合成应力，适用于大口径焊接球阀球形的阀体边体采用球形锻压成形，重量轻，可以减少材料本钱，减轻管道重量负荷，阀体与边体中部焊缝离阀座位置较远，焊接时，热影响和变形量对阀座周边影响较小边体与袖管焊接采用对接焊方式，焊缝全焊透，减少应力集中，抗拉强度比角焊缝好阀体应采用模压加工成型的钢管或板材卷制，或整体锻造制作阀体材料应符合GB/T713或GB/T12228的规定当阀体采用无缝钢管时，应符合GB/T8163、GB/T14976的规定阀体焊接系数的选取应符合GB/T150.1的规定，焊接构造设计应符合GB/T150.3的规定，焊接工艺应符合GB/T150.4的规定，加工应符合GB50235-2022中5.4的规定阀体最小壁厚应符合GB/T12224的规定1.3阀座密封浮动球阀阀座〔图2〕是采用弹性阀座密封构造，阀座后面设有碟簧可以自动补偿温度压力变化、自然磨损等条件下对球体密封性能的影响；由于带有碟簧组件，球体在介质压力的作用下推动阀座密封圈往下游活动，阀座反面采用径向O型圈密封固定球阀阀座是采用活塞式密封构造〔图3〕，可选用单、双活塞阀座构造。

目前，大多数钢管焊接固定球阀阀座采用高分子材料如PTFE+C、PPL等，此类材料阀座在使用过程中普遍存在密封性差、变形回弹性差，阀门扭矩大等问题；采用三角形密封圈构造可以更好地防止这些问题采用三角形密封圈构造的弹簧预紧比压和密封比压比PTFE+C、PPL要小1/3左右，同时，开关扭矩也能降低1/4左右三角形密封圈采用的VITONAED氟橡胶材料，具有很好的弹性补偿性，可以降低球体外表的圆度要求，因此，在具有可靠和平稳的密封性能的同时，还可以降低球体的加工本钱；当球体外表在使用过程中有细微自然损伤时，仍然可以确保其密封性能因为其优异的密封性能，三角形密封圈阀座设计构造可以作为长寿命，免维护钢管焊接球阀的首选阀座构造1.4球体城市供热系统和城市煤气管道系统压力一般小于2.5MPa，对于低压力球体可以采用304空心球体，以DN1200,PN25焊接球阀为例，球体内径1166，外径1740，壁厚35，经过有限元分析，承压状态下，球体位移量〔图4〕和应力强度〔图5〕分析可以满足设计使用要求1.5阀杆防飞出构造当介质通过阀门时，阀体中腔的压力可能将阀杆推出〔或者在维修阀门时，假设中腔有压力，拆卸阀门时阀杆、介质容易飞出，误伤人员〕。

为防止这种情况发生，在阀杆下端部设计凸台防飞出构造这样，即使火灾时，填料、止推垫被烧损或其他原因引起填料损坏，阀体的介质压力将使阀杆凸台与阀体上密封面严密接触，防止介质大量从损坏的填料部位处泄漏1.6防静电装置当操作阀门时，由于球体和聚四氟乙烯等非金属材料阀座之间的摩擦，会产生静电电荷并聚积在球体上为防止产生静电火花，需在阀门上设置防静电装置，将积聚在球体上的电荷通过球体与阀杆、阀杆与阀体之间的静电导出1.7驱动装置小于等于DN150的焊接球阀，采用手柄操作大于等于DN200采用涡轮操作手柄操作的焊接球阀，球阀在开启状态下，扳手的方向应与球体通道平行手柄或涡轮操作装置，应有限位装置 2技术性能 设计制造按：GB/T12237?石油、石化及相关工业用的钢制球阀?，JB/T12022-2022?钢管焊接球阀?，GB/T37827-2022?城镇供热用焊接球阀?压力试验按：GB/T13927?工业阀门压力试验?焊接材料按按：NB/T47018.1～NB/T47018.7?承压设备用焊接材料订货技术条件?焊接工艺评定按：NB/T47014?承压设备焊接工艺评定?焊接规程按：NB/T47015?压力容器焊接规程?。

焊接试件检验按：NB/T47016?承压设备产品焊接试样的力学性能检验?无损检测按：NB/T47013.1～NB/T47013.13?承压设备无损检测?公称直径：DN15-DN1600公称压力：PN25强度试验压力：3.75MPa水密封试验压力：2.75MPa气密封试验压力：0.6±0.1MPa适用介质：水、煤气适用温度：-29～150℃ 3材料选用 阀体：中小口径阀体采用20#无缝钢管，大口径阀体采用Q235、Q345R钢板卷制、A105等材料球体：304空心球、A105+ENP实心球阀杆：20Cr13、AISI4140+ENP阀座：PTFE+C、VITONAED弹簧：INCONELX-750 4焊接及去应力处理 阀体上焊缝的焊接工艺评定应符合NB/T47104的标准阀体上焊接接头厚度小于或等于32mm的焊缝、焊前预热到100度以上且焊接接头厚度小于或等于38mm的焊缝可不进展焊后热处理，其余焊缝应按GB/T150.4的要求进展焊接消除应力热处理当焊接接头厚度大于32mm的焊缝，焊后不进展热处理或无法以热处理方式消除焊接应力，那么制造商应提供焊缝焊后免热处理的评估报告，以证明其使用平安。

5工作原理 焊接球阀主要由阀体、阀座、球体、阀杆、手柄、涡轮、电动装置(或其他驱动装置)组成球阀的主要功能是切断或接通管道中的流体通道，即球阀通常为闭路阀因此，球阀的作用原理很简单：借助手柄、涡轮或其它驱动装置在阀杆上端施加一定的转矩并传递给球体，使它旋转90度，球体的通孔那么与阀体通道中心线重合或垂直，球阀便完成了全开或全关的动作 6结语 钢管焊接球阀，构造简单、节能减排、免维护、使用寿命长，可以广泛用于城市供热系统和城市煤气管道工程 参考文献： 【1】GB/T37827-2022?钢管用焊接球阀?. 【2】章华友，晏泽荣，陈元芳等．球阀设计与选用．北京:科技出版社，1994. 。