調(diào)節(jié)閥的閥桿與閥芯聯(lián)接方法的改進(jìn)

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1、調(diào)節(jié)閥的閥桿與閥芯聯(lián)接方法的改進(jìn)沈新群摘要：調(diào)節(jié)閥是大型合成氨廠不可缺少的控制元件。由于調(diào)節(jié)閥閥桿與閥芯聯(lián)接處產(chǎn)生疲勞斷裂及脫落事故，將會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)不同程度的影響。為了避免這類(lèi)事故的出現(xiàn)，現(xiàn)介紹幾種閥桿與閥芯的聯(lián)接新方法。關(guān)鍵詞：斷裂閥桿脫落聯(lián)接方法調(diào)節(jié)閥是大型合成氨廠自控設(shè)備終端最重要的執(zhí)行元件，閥內(nèi)件又是調(diào)節(jié)閥不可缺少的重要組件。如果閥桿與閥芯產(chǎn)生脫落，勢(shì)必影響大型合成氨廠的平穩(wěn)生產(chǎn)。由此看來(lái)，調(diào)節(jié)閥的閥桿與閥芯聯(lián)接方法將影響整機(jī)的使用壽命。為了提高調(diào)節(jié)閥的使用壽命，以增加閥桿聯(lián)接螺紋強(qiáng)度，采用新的聯(lián)接結(jié)構(gòu)方法，很大程度上提高了調(diào)節(jié)閥整機(jī)的使用壽命。烏魯木齊石化公司化肥廠最近幾年采用幾種新

2、的閥芯與閥桿聯(lián)接方法，解決了許多長(zhǎng)期以來(lái)閥桿斷裂脫落事故，效果很好。1閥桿與閥芯斷裂脫落事故原因分析烏石化公司化肥廠調(diào)節(jié)閥主要有世界五大調(diào)節(jié)閥公司(約占95%)及國(guó)內(nèi)三大生產(chǎn)廠家生產(chǎn)提供。從整體上來(lái)講，其閥桿與閥芯聯(lián)接方法大致相同，都是用螺紋聯(lián)結(jié)外加圓錐銷(xiāo)固定，見(jiàn)圖一。這種聯(lián)接方法的優(yōu)點(diǎn)是拆卸方便，更換備件容易，但螺紋聯(lián)接處是閥桿斷裂脫落的要害部位。經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，其原因有以下兩點(diǎn)：閥桿閥芯圓錐銷(xiāo)圖一、原閥桿與閥芯聯(lián)接方法示意圖1．1閥桿聯(lián)接螺紋處強(qiáng)度不足在閥桿與閥芯聯(lián)接過(guò)程中，一般都是用細(xì)牙螺紋聯(lián)接，并用圓錐銷(xiāo)固定。對(duì)于閥桿在φ16mm以上，其強(qiáng)度基本上能夠滿(mǎn)足。如果小于φ16mm，其強(qiáng)度就不

3、能滿(mǎn)足閥桿的強(qiáng)度要求，這是因?yàn)殚y桿在流體介質(zhì)的壓力、溫度、沖蝕及其材質(zhì)上發(fā)生變化，聯(lián)接螺紋處首先產(chǎn)生間隙并且松弛，聯(lián)接螺紋失去聯(lián)接作用。由于聯(lián)接螺紋處鉆有圓錐銷(xiāo)孔，幾乎所有應(yīng)力集中落在閥桿圓錐銷(xiāo)孔處，最后導(dǎo)致閥桿斷裂脫落。根據(jù)計(jì)算，閥桿鉆孔在φ4mm以上，其強(qiáng)度減弱40%-60%以上，這是閥桿強(qiáng)度減弱突出點(diǎn)，也是閥桿斷裂主要表現(xiàn)形式之一。例如我廠最早油鍋爐減溫水閥四臺(tái)、尿素投料閥、合成碳黑洗滌高壓角閥、汽化工段的高壓角閥經(jīng)常從閥桿聯(lián)接螺紋圓錐銷(xiāo)孔處斷裂脫落，閥桿材質(zhì)為SUS316，閥桿粗分別φ9.525mm、φ12.7mm，圓錐銷(xiāo)φ4mm，其聯(lián)接方法如圖一，每年發(fā)生斷裂脫落事故都在2-5次。1

4、．2聯(lián)接螺紋處圓錐銷(xiāo)斷裂圓錐銷(xiāo)斷裂是造成閥桿脫落的另一種表現(xiàn)形式。閥芯在受到流體偏轉(zhuǎn)壓力作用下，迫使閥桿與閥芯產(chǎn)生一個(gè)扭矩應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力作用在閥桿聯(lián)接螺紋與閥芯內(nèi)孔、徑向圓錐銷(xiāo)兩相切面上。另外，閥芯還受到溫度熱脹冷縮變化，當(dāng)聯(lián)接螺紋失去聯(lián)接作用時(shí)，幾乎所有拉應(yīng)力及剪切應(yīng)力都作用在圓錐銷(xiāo)上，圓錐銷(xiāo)受軸上拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力，最后導(dǎo)致圓錐銷(xiāo)斷裂事故。例如合成裝置4113-PV-1-1和尿素NS-HV-601、2NS-HV-301、2NS-FV-151等多臺(tái)調(diào)節(jié)閥的閥桿脫落破壞事故，閥桿分別為φ15.875mm和φ12.7mm。類(lèi)似這種破壞形式每年發(fā)生3-5次。實(shí)際上，以上兩種破壞形式在一個(gè)閥內(nèi)件上可交

5、替產(chǎn)生，也可同時(shí)產(chǎn)生。類(lèi)似這樣的事故對(duì)生產(chǎn)影響較大。尤其是尿素裝置NS-HV-601、2NS-HV-301調(diào)節(jié)閥事故，當(dāng)該閥產(chǎn)生失控現(xiàn)象時(shí)，尿素造粒裝置就要被迫停車(chē)。針對(duì)以上問(wèn)題，改進(jìn)了閥芯和閥桿聯(lián)接結(jié)構(gòu)方法，采用新的聯(lián)接方法效果很好，由原來(lái)年事故率較高幾乎將為零。2增加閥桿聯(lián)接螺紋強(qiáng)度，改進(jìn)聯(lián)接機(jī)構(gòu)閥桿斷裂脫落事故主要表現(xiàn)在聯(lián)接螺紋處強(qiáng)度不足，針對(duì)聯(lián)接螺紋強(qiáng)度不足問(wèn)題，提出以下幾個(gè)改進(jìn)方法：首先要提出閥桿與閥芯聯(lián)接螺紋兩者實(shí)體外徑比值問(wèn)題，比值大小直接對(duì)改進(jìn)方法有較大的影響。當(dāng)閥桿實(shí)體外徑/閥芯實(shí)體外徑>0.4時(shí)，采用聯(lián)接螺紋加強(qiáng)法；當(dāng)比值<0.4時(shí)，應(yīng)采用壓塊焊接方法和螺母固定方法。2．1

6、聯(lián)接螺紋加強(qiáng)法聯(lián)接螺紋加強(qiáng)法是以增加閥桿聯(lián)接螺紋強(qiáng)度為目的，另加圓錐銷(xiāo)固定。這種加強(qiáng)法只是與常用聯(lián)接螺紋處加大外徑而言，其優(yōu)點(diǎn)是加工簡(jiǎn)單，連接螺紋強(qiáng)度高，能承受較大的抗拉應(yīng)力和剪切力，其缺點(diǎn)是閥桿和閥芯的同軸度較低。例如我廠2NS-FV-151在2001年9月曾經(jīng)發(fā)生過(guò)因閥桿螺紋連接處與圓錐銷(xiāo)脫落發(fā)生閥桿竄出事故，后改進(jìn)就是采用此種連接方法已經(jīng)安全運(yùn)行五年時(shí)間沒(méi)有發(fā)生過(guò)閥桿螺紋連接處與圓錐銷(xiāo)脫落事故，其連接如圖二所示：閥桿圓錐銷(xiāo)閥芯圖二.改進(jìn)后采用螺紋加強(qiáng)法示意圖目前，我廠多數(shù)調(diào)節(jié)閥都是采用圖二聯(lián)接方法改進(jìn)聯(lián)接螺紋加強(qiáng)法，事故率下降為零，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也節(jié)省了備件開(kāi)支費(fèi)用，對(duì)裝置平

7、穩(wěn)運(yùn)行提供了充分的條件。2．2壓塊焊接法壓塊焊接方法是將原閥桿螺紋加大，并加工一個(gè)固定壓蓋，然后進(jìn)行焊接固定壓蓋并加工成光面。對(duì)于較大件可用圓錐銷(xiāo)固定，對(duì)于小件不用圓錐銷(xiāo)固定，如圖三所示。這種聯(lián)接方法的優(yōu)點(diǎn)是：增加螺紋處強(qiáng)度，焊接壓塊不易脫落，閥桿軸向拉應(yīng)力不致使聯(lián)接螺紋產(chǎn)生間隙或松弛，螺紋處克服了介質(zhì)腐蝕（封閉式）。例如合成裝置4113-PCV-1-1調(diào)節(jié)閥和尿素裝置NS-HV-601、2NS-