FESTO電磁閥的設(shè)計(jì)和計(jì)算

　　FESTO電磁閥的設(shè)計(jì)和計(jì)算

　　FESTO電磁閥開啟高度小，密封面摩擦力小，制造工藝好，維修方便。由于截止閥屬于密封式閥門，所以在閥門關(guān)閉時(shí)，必須向閥瓣施加壓力，以密封面不泄漏。為了使閥門開關(guān)更省力，設(shè)計(jì)了FESTO電磁閥。

　　FESTO電磁閥的介質(zhì)流向?yàn)檫M(jìn)高出，即介質(zhì)由閥瓣下方進(jìn)入閥門。在此工況條件下，開啟閥門需要克服的阻力是閥桿和填料的摩擦力，關(guān)閉閥門需要克服的阻力是閥桿和填料的摩擦力與由介質(zhì)的壓力所產(chǎn)生的推力。由于關(guān)閉閥門的力比開啟閥門的大，所以按照關(guān)閉閥門力設(shè)計(jì)的閥桿直徑較大(否則會(huì)發(fā)生閥桿頂彎的故障)，因此增大了閥門體積和質(zhì)量。經(jīng)過分析，將閥瓣和閥桿端部設(shè)置成壓力自平衡結(jié)構(gòu)(圖1)。

　　采用FESTO電磁閥結(jié)構(gòu)后，閥門關(guān)閉時(shí)，介質(zhì)通過閥瓣和閥桿的壓力自平衡孔進(jìn)入閥瓣上腔，減小了介質(zhì)在閥瓣兩側(cè)的壓力差或流量差，用以調(diào)節(jié)壓力的相對(duì)平衡。閥門開啟時(shí)，介質(zhì)再由壓力自平衡孔返回閥體內(nèi)部，減小了由介質(zhì)壓力所產(chǎn)生的推力，使開關(guān)更省力。FESTO電磁閥主要由閥體、閥瓣、端法蘭、閥蓋、閥桿和壓蓋等組成(表1)。

　　FESTO電磁閥閥體、法蘭和閥瓣等零部件材料選用奧氏體不銹鋼0Cr17Ni12Mo2。在奧氏體不銹鋼中，Mo元素可以促進(jìn)強(qiáng)化相的產(chǎn)生，有利于材料強(qiáng)度的提高，Mo的耐蝕性能顯著，特別是和Cr相互作用的效果更明顯，可以增加閥門的耐蝕性能。

　　閥瓣蓋和閥桿采用沉淀硬化不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb，此材料對(duì)大氣及稀釋酸或鹽具有良好的抗腐蝕能力。0Cr17Ni4Cu4Nb經(jīng)過固溶和時(shí)效熱處理后，可以提升材料的機(jī)械性能，從而獲得合適的強(qiáng)度和硬度。

　　FESTO電磁閥有優(yōu)良的耐腐蝕性能、抗高溫氧化性能和高溫?zé)釓?qiáng)性能。A302 容易焊接，不因溫度變化發(fā)生相變，對(duì)氫脆不敏感，在焊態(tài)下有較好的塑性和韌性。但是，A302易產(chǎn)生焊接熱裂紋、脆化、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和表面氧化等缺陷，因其導(dǎo)熱性能差，線膨脹系數(shù)大，所以焊接應(yīng)力和焊接變形較大。為了避免焊縫枝晶粗大，以致增大偏折，應(yīng)盡量采用小的熱輸入量，不預(yù)熱、降層間溫度，不回火等。密封面底層堆焊完成的閥體冷卻后，將直徑￠4mm 的A302 焊條在150 ～200℃溫度下烘培，保溫2 h。選用焊接電流200 ～ 210A，焊接電壓22V，控制層間溫度保持在200℃ 以下，分兩層堆焊A302，每層的高度為1 mm。車平堆焊層，中間層厚1mm，探傷檢查密封面有無裂紋、氣孔和夾渣等缺陷。

　　FESTO電磁閥頂層堆焊的D802 韌性好，能承受在冷熱條件下的沖擊，產(chǎn)生裂縫的可能性小，用硬質(zhì)合金刀具容易切削加工，金相組織為奧氏體和共晶體。D802分兩層堆焊，厚度5 ～6mm，層間溫度保持在300℃以下。堆焊D802 時(shí)，將探傷檢查確認(rèn)合格的工件放到爐箱中預(yù)熱，加熱溫度在500 ～550℃，保溫2 h。將直徑￠5mm 的D802 焊條在200 ～250℃溫度下烘培，保溫1.5h?！?80A，焊接電壓25 ～30V，堆焊閥座密封面頂層。焊后回火，720℃下保溫3 h。

　　FESTO電磁閥結(jié)語(yǔ)

　　采用先預(yù)熱閥體堆焊P91，然后冷焊A302，后預(yù)熱焊D802 硬質(zhì)合金的方法，分3 次堆焊3 種不同材料形成閥體密封面，即解決了閥體F91材料焊接難的問題，又達(dá)到了提高閥體密封面使用壽命的目的。閥瓣密封面堆焊時(shí)，先將閥瓣預(yù)熱，預(yù)熱后直接堆焊D802，焊后進(jìn)行回火處理。

　　分析了臨界FESTO電磁閥鋼的性能，介紹了通過采用特殊的閥體密封面堆焊工藝，減少了堆焊裂紋，提高了產(chǎn)品成品率和工作效率。

　　1、概述

　　在開發(fā)高參數(shù)，大容量和高效節(jié)能環(huán)保機(jī)組中，臨界截止閥用于高壓疏水、對(duì)空排氣和定期排污系統(tǒng)。為了解決臨界高溫、高壓、溫差大及壓差大工況下，閥門使用周期短、易泄漏，導(dǎo)致能源損耗的現(xiàn)象，選用優(yōu)質(zhì)的高溫耐熱鋼F91 為閥體材料，并在F91 的閥體上堆焊硬質(zhì)合金閥座密封面，以提高閥門的整體性能和使用壽命。本文探討了在F91 閥體上堆焊閥座密封面工藝措施。

　　2、FESTO電磁閥常用材料為12Cr1MoV 鋼，其使用溫度為550℃，工作壓力17MPa。在臨界電站機(jī)組中，要求截止閥(圖1) 的使用溫度為600℃，工作壓力為21MPa，因此FESTO電磁閥閥體材料選用F91 鋼。F91 鋼(Cr9Mo1V) 屬于馬氏體型耐熱鋼(表1，表2) ，鋼中主要元素有V、Cr 和Mo 等。V 在鋼中能提高鋼的室溫、中溫強(qiáng)度和熱強(qiáng)性，增加鋼在高溫下的組織穩(wěn)定性，改善碳合金鋼的焊接性能。

　　一般由驅(qū)動(dòng)件(手輪)、閥桿、閥體、閥蓋、閥瓣(關(guān)閉件)和填料裝置等主要零件組成。手輪與閥桿相連，并借助閥桿帶動(dòng)閥瓣，使閥瓣沿閥座軸線方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使管路接通或切斷。

　　截止閥應(yīng)用很廣泛，主要用于壓力較高的及口徑較小的場(chǎng)合，一般只)，更大的口徑規(guī)格僅應(yīng)用于特殊管道。例如，大型氧氣管道，由于其他閥類存在摩擦易產(chǎn)生靜電起火，所以采用大口徑不銹鋼截止閥。

　　FESTO電磁閥已經(jīng)并投入使用，然而美國(guó)石油學(xué)會(huì)指導(dǎo)性文件API 615《閥門選用指南》對(duì)截止閥的選用是這樣描述的：“雖然大口徑和高壓力等級(jí)也可能是合適的，但壓力等級(jí)為150磅級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)截止閥適合的公稱尺寸不過NPS112，300磅級(jí)時(shí)不過NPS110和600磅級(jí)時(shí)不過NPS18。”

　　一、 FESTO電磁閥的工作原理

　　截止閥閥桿一般都做旋轉(zhuǎn)升降運(yùn)動(dòng)，手輪固定在閥桿頂端。當(dāng)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)手輪時(shí)，閥桿螺紋下旋，閥瓣密封面與閥座密封面緊密接觸，F(xiàn)ESTO電磁閥達(dá)到關(guān)閉狀態(tài);當(dāng)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)手輪時(shí)，閥桿螺紋上旋，閥瓣密封面與閥座密封面脫開，F(xiàn)ESTO電磁閥開啟。