1、之前介紹組合式減壓閥在國(guó)華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)計(jì)文章概述
在氫及氫同位素處理系統(tǒng)中需要使用一種小型的(閥門(mén)通徑約Φ2mm) 抗氫脆、耐腐蝕、抗輻照的中低壓閥門(mén)。要求閥門(mén)的內(nèi)、外密封性好，氦漏率<1×10-9Pa·m3/s，閥門(mén)的使用壽命>100 次。在氫及氫同位素環(huán)境貯存后，閥門(mén)應(yīng)具有較高的工作可靠性。由于氫處理系統(tǒng)對(duì)氫氣的純度要求很高，不能使用普通的填料閥，特別是在處理氫同位素時(shí)，不允許閥門(mén)發(fā)生任何滲漏。為此，設(shè)計(jì)了外界無(wú)漏點(diǎn)的小型波紋管閥門(mén)作為氫系統(tǒng)用閥門(mén)。波紋管閘閥適用于Class150～Class1500、PN16～PN100的各種管路上，用于截?cái)嗷蚪油ü苈分械慕橘|(zhì)。通過(guò)選擇碳鋼、不銹鋼、合金鋼等閥門(mén)材質(zhì)，波紋管閘閥可分別適用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介質(zhì)、尿素等多種介質(zhì)。波紋管閘閥的驅(qū)動(dòng)裝置可選用手動(dòng)、蝸輪傳動(dòng)、氣動(dòng)或電動(dòng)。波紋管閘閥一般采用法蘭連接，也可采用對(duì)焊連接。

    波紋管閘閥結(jié)構(gòu)合理、密封可靠、性能優(yōu)良、造型美觀(guān)；密封面堆焊Co基硬質(zhì)合金、耐磨、耐腐、抗摩擦性能好、使用壽命長(zhǎng)；閥桿調(diào)質(zhì)及表面氮化處理，有良好的抗腐和抗摩擦性能；雙重密封，性能更可靠；閥桿升降位置指示，更直觀(guān)；零件材質(zhì)及法蘭、對(duì)焊端尺寸可根據(jù)實(shí)際工況或用戶(hù)要求合理選配，滿(mǎn)足各種工程需要。產(chǎn)品波紋管密封閘閥的閥桿采用波紋管及填料雙重密封結(jié)構(gòu)，確保閥桿處的無(wú)泄漏密封，特別適用于易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)的管路。

    波紋管閘閥的閥桿采用波紋管及填料雙重密封結(jié)構(gòu)，確保閥桿處的無(wú)泄漏密封，特別適用于易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)的管路。波紋管采用不銹鋼或 Inconel 材料制造，波紋管密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，耐疲勞，使用壽命長(zhǎng)。

2、WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)計(jì)波紋管閥門(mén)工作原理
波紋管閥門(mén)以波紋管作為閥桿密封元件(如下圖) 。波紋管一端焊接固定在閥蓋和閥座上，另一端焊接在閥桿上，閥桿上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)波紋管壓縮或拉伸，波紋管起閥桿密封和彈性元件的作用。關(guān)閉閥門(mén)時(shí)，閥桿向下移動(dòng)，閥瓣隨之向下移動(dòng)壓緊密封面，閥門(mén)關(guān)閉。開(kāi)啟閥門(mén)時(shí)，提升閥桿，閥瓣離開(kāi)密封面，閥門(mén)打開(kāi)完成開(kāi)啟動(dòng)作。波紋管的軸向行程通過(guò)閥桿移動(dòng)的機(jī)械限位控制。
小型波紋管閥門(mén)
3、WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)計(jì)波紋管閥門(mén)類(lèi)型及材料
根據(jù)使用要求，小型波紋管閥門(mén)采用截止閥。截止閥在短行程的條件下能迅速開(kāi)啟至全流量，且具有比其他形式的閥門(mén)( 如閘閥或蝶閥) 質(zhì)量輕、體積小、操作靈活和使用方便的優(yōu)點(diǎn)。由于閥門(mén)的工作介質(zhì)為氫氣，對(duì)某些材料造成氫損傷或氫脆，從而導(dǎo)致材料失效而產(chǎn)生泄漏。因此閥門(mén)選用具有抗氫腐蝕的金屬材料，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，可以滿(mǎn)足使用后的密封可靠性和耐腐蝕性要求。
4、WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)計(jì)波紋管閥門(mén)閥桿密封設(shè)計(jì)
為了減少波紋管閥門(mén)的外泄漏點(diǎn)，將閥蓋與閥座焊接在一起。在開(kāi)啟或關(guān)閉過(guò)程中，閥桿軸向移動(dòng)，閥桿密封必須保證閥桿在軸向移動(dòng)過(guò)程中閥桿與閥蓋之間的間隙很小，以防止流體泄漏。由于波紋管與閥桿可靠的焊接將閥桿與閥腔內(nèi)的流體*隔斷，保證流體無(wú)外泄漏的通道(如下圖所示)。
波紋管閥桿密封

5、WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)計(jì)波紋管閥門(mén)設(shè)計(jì)
(1) 波紋管閥門(mén)的波形及直徑
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥應(yīng)用于閥門(mén)的波紋管波形主要有U形和S形。在承受較高工作壓力和較大位移的條件下，采用多層U形波紋管。在工作壓力高，工作位移較小，有特殊要求的場(chǎng)合，采用S形波紋管。由于小型波紋管閥門(mén)公稱(chēng)壓力為3MPa，因此需要選擇具有較高機(jī)械強(qiáng)度的波紋管材料?？紤]波紋管材料強(qiáng)度太高會(huì)使成型相對(duì)困難，所以選用單層U形波紋的波紋管。參照波紋管相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求，波紋管內(nèi)徑取Φ6mm，外徑取Φ10mm。
(2) WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)計(jì)波紋管閥門(mén)的波數(shù)
波紋管波數(shù)根據(jù)閥門(mén)啟閉行程W確定。通常波紋管的單波結(jié)構(gòu)位移約為波距的40%，單波大許用位移約為結(jié)構(gòu)位移的75%。使用位移為大許用位移的50%～70% ，單波使用位移為( 0. 15 ～0. 2) t，因此波紋管波數(shù)n 為n = w/( 0. 15～0. 2)t
式中W———閥門(mén)啟閉行程，mm
N———波紋管波數(shù)
t———波距，mm
根據(jù)計(jì)算和實(shí)際使用條件，波紋管取6個(gè)波。
(3)波紋管閥門(mén)的壁厚確定
波紋管的壁厚s通常根據(jù)閥門(mén)的壓力等級(jí)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和資料預(yù)先選定，再根據(jù)公式驗(yàn)算波紋管的耐壓力。高壓波紋管一般采用多層結(jié)構(gòu)，以降低波紋管的剛度和應(yīng)力。波紋管耐壓力驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)考慮波紋管波形在壓力作用下開(kāi)始發(fā)生塑性變形時(shí)的大耐壓力Pn(臨界失穩(wěn)壓力)和產(chǎn)生總體失穩(wěn)時(shí)的壓力PS(總體失穩(wěn)壓力) 。根據(jù)實(shí)際條件，選取波紋管壁厚s=0.12mm。
(4) 波紋管閥門(mén)的使用壽命確定
為提高波紋管的使用壽命，應(yīng)根據(jù)使用要求確定波紋管的工作位移和結(jié)構(gòu)，使波紋管始終工作在良好的狀態(tài)。由于波紋管的行程不能超過(guò)工作位移，波紋管的軸向行程通過(guò)閥桿移動(dòng)的機(jī)械限位控制，可采取一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，避免驅(qū)動(dòng)裝置螺紋副轉(zhuǎn)動(dòng)使波紋管扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的扭曲變形。壓力沖擊對(duì)波紋管使用壽命會(huì)造成影響。在快速關(guān)閉閥門(mén)過(guò)程中產(chǎn)生的壓力峰值會(huì)使波紋管產(chǎn)生較大變形，從而降低波紋管的使用壽命。由于許多情況難以預(yù)計(jì)，對(duì)波紋管的耐壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)要留有余地。如果波紋管使用和安裝不正確，工作時(shí)產(chǎn)生的各種附加應(yīng)力，同樣會(huì)降低波紋管的使用壽命。
(5) 波紋管閥門(mén)的端部結(jié)構(gòu)
通常波紋管端部與閥桿或法蘭采用焊接連接，因此在選用波紋管端部結(jié)構(gòu)時(shí)，要同時(shí)考慮焊接和波紋管成形的工藝性。常用的兩種閥門(mén)用波紋管端部基本結(jié)構(gòu)形式為N形和W形(圖下圖)。根據(jù)波紋管與閥桿和閥體的焊接結(jié)構(gòu)，小型波紋管閥門(mén)的波紋管端部結(jié)構(gòu)采用內(nèi)配合形式，波紋管的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)和結(jié)構(gòu)如下圖所示。波紋管的端部結(jié)構(gòu)WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)計(jì)波紋管結(jié)構(gòu)

    波紋管閘閥產(chǎn)品特點(diǎn)
    波紋管密封閥門(mén)具有密封面堆焊硬質(zhì)合金、閥桿經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)和表面氮化處理、雙重密封、具有閥桿升降位置指示等特點(diǎn)。
    1.波紋管密封閘閥，其關(guān)鍵部件金屬波紋管，下端與閥桿組件采用自動(dòng)滾焊焊接，上端與連接板自動(dòng)滾焊接，在流體介質(zhì)和大氣之間形成一個(gè)金屬屏障，確保閥桿零泄漏；
2.閥瓣采用錐形設(shè)計(jì)，密封面與介質(zhì)成流線(xiàn)形，密封性能更好，使用壽命更長(zhǎng)；
3.雙重的密封設(shè)計(jì)（波紋管+填料）若波紋管失效，閥桿填料也會(huì)避免泄漏，并符合密封標(biāo)準(zhǔn)；
4.閥蓋上自帶有加脂接頭，可直接對(duì)閥桿、螺母和軸套進(jìn)行潤(rùn)滑，不像傳統(tǒng)的只對(duì)螺紋加潤(rùn)滑油；
5.人體工程學(xué)設(shè)計(jì)手輪，使用壽命更長(zhǎng)，操作輕松便捷，更安全可靠；

   閥桿調(diào)質(zhì)及表面氮化處理，有良好的抗腐和抗摩擦性能；
   雙重密封，性能更可靠；
   產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、密封可靠、性能優(yōu)良、造型美觀(guān)；
   密封面堆焊Co基硬質(zhì)合金、耐磨、耐腐、抗摩擦性能好、使用壽命長(zhǎng)；
   閥桿升降位置指示，更直觀(guān)；
   零件材質(zhì)及法蘭、對(duì)焊端尺寸可根據(jù)實(shí)際工況或用戶(hù)要求合理選配，滿(mǎn)足各種工程需要。

6、WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)計(jì)波紋管閥門(mén)內(nèi)密封設(shè)計(jì)
閥門(mén)的內(nèi)密封是指閥座與閥瓣(啟閉件) 相互 接觸部分的密封。閥門(mén)密封面經(jīng)常受到介質(zhì)的腐蝕和磨損，是閥門(mén)中容易損壞的部件，其結(jié)構(gòu)和質(zhì)量直接影響閥門(mén)的使用。根據(jù)波紋管閥門(mén)的工作條件和使用環(huán)境，波紋管閥門(mén)密封面應(yīng)具有良好的密合性能(即密封面應(yīng)能很好地阻止介質(zhì)滲透) ，多次使用后仍有很高的密封可靠性，密封面能承受一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。由于波紋管軸向行程較小，要求閥門(mén)密封面開(kāi)啟高度小。密封面應(yīng)耐氫腐蝕并有良好的加工性能。
根據(jù)波紋管閥門(mén)開(kāi)啟高度小的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用抬起高度小而能獲得較大通氣面積的刀形平 面密封結(jié)構(gòu)。閥座密封面加工成梯形刀口，閥瓣密封面加工為平面。該內(nèi)密封結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了平面密封，又可獲得適中的密封軸向力。為了減少加工工序和降低加工難度，將密封面直接在閥座上加工(如下圖) 。

7、WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)計(jì)結(jié)語(yǔ)
根據(jù)工作環(huán)境和使用要求，設(shè)計(jì)了小型波紋管閥門(mén)的內(nèi)、外密封結(jié)構(gòu)，達(dá)到了閥門(mén)要求的密封精度和使用后的密封可靠性。與本產(chǎn)品相關(guān)論文禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護(hù)