WZ41H波紋管密封閘閥設計

1、之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現在介紹WZ41H波紋管密封閘閥設計文章概述
在氫及氫同位素處理系統中需要使用一種小型的(閥門通徑約Φ2mm) 抗氫脆、耐腐蝕、抗輻照的中低壓閥門。要求閥門的內、外密封性好，氦漏率<1×10-9Pa·m3/s，閥門的使用壽命>100 次。在氫及氫同位素環境貯存后，閥門應具有較高的工作可靠性。由于氫處理系統對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，不允許閥門發生任何滲漏。為此，設計了外界無漏點的小型波紋管閥門作為氫系統用閥門。波紋管閘閥適用于Class150～Class1500、PN16～PN100的各種管路上，用于截斷或接通管路中的介質。通過選擇碳鋼、不銹鋼、合金鋼等閥門材質，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、尿素等多種介質。波紋管閘閥的驅動裝置可選用手動、蝸輪傳動、氣動或電動。波紋管閘閥一般采用法蘭連接，也可采用對焊連接。

    波紋管閘閥結構合理、密封可靠、性能優良、造型美觀；密封面堆焊Co基硬質合金、耐磨、耐腐、抗摩擦性能好、使用壽命長；閥桿調質及表面氮化處理，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；零件材質及法蘭、對焊端尺寸可根據實際工況或用戶要求合理選配，滿足各種工程需要。產品波紋管密封閘閥的閥桿采用波紋管及填料雙重密封結構，確保閥桿處的無泄漏密封，特別適用于易燃、易爆、有毒及貴重介質的管路。

    波紋管閘閥的閥桿采用波紋管及填料雙重密封結構，確保閥桿處的無泄漏密封，特別適用于易燃、易爆、有毒及貴重介質的管路。波紋管采用不銹鋼或 Inconel 材料制造，波紋管密封結構設計合理，耐疲勞，使用壽命長。

2、WZ41H波紋管密封閘閥設計波紋管閥門工作原理
波紋管閥門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，閥桿上下運動帶動波紋管壓縮或拉伸，波紋管起閥桿密封和彈性元件的作用。關閉閥門時，閥桿向下移動，閥瓣隨之向下移動壓緊密封面，閥門關閉。開啟閥門時，提升閥桿，閥瓣離開密封面，閥門打開完成開啟動作。波紋管的軸向行程通過閥桿移動的機械限位控制。
小型波紋管閥門
3、WZ41H波紋管密封閘閥設計波紋管閥門類型及材料
根據使用要求，小型波紋管閥門采用截止閥。截止閥在短行程的條件下能迅速開啟至全流量，且具有比其他形式的閥門( 如閘閥或蝶閥) 質量輕、體積小、操作靈活和使用方便的優點。由于閥門的工作介質為氫氣，對某些材料造成氫損傷或氫脆，從而導致材料失效而產生泄漏。因此閥門選用具有抗氫腐蝕的金屬材料，具有較高的機械強度和硬度，可以滿足使用后的密封可靠性和耐腐蝕性要求。
4、WZ41H波紋管密封閘閥設計波紋管閥門閥桿密封設計
為了減少波紋管閥門的外泄漏點，將閥蓋與閥座焊接在一起。在開啟或關閉過程中，閥桿軸向移動，閥桿密封必須保證閥桿在軸向移動過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的流體*隔斷，保證流體無外泄漏的通道(如下圖所示)。
波紋管閥桿密封

5、WZ41H波紋管密封閘閥設計波紋管閥門設計
(1) 波紋管閥門的波形及直徑
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥應用于閥門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，有特殊要求的場合，采用S形波紋管。由于小型波紋管閥門公稱壓力為3MPa，因此需要選擇具有較高機械強度的波紋管材料?？紤]波紋管材料強度太高會使成型相對困難，所以選用單層U形波紋的波紋管。參照波紋管相關標準和設計要求，波紋管內徑取Φ6mm，外徑取Φ10mm。
(2) WZ41H波紋管密封閘閥設計波紋管閥門的波數
波紋管波數根據閥門啟閉行程W確定。通常波紋管的單波結構位移約為波距的40%，單波大許用位移約為結構位移的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n 為n = w/( 0. 15～0. 2)t
式中W———閥門啟閉行程，mm
N———波紋管波數
t———波距，mm
根據計算和實際使用條件，波紋管取6個波。
(3)波紋管閥門的壁厚確定
波紋管的壁厚s通常根據閥門的壓力等級按照相關標準和資料預先選定，再根據公式驗算波紋管的耐壓力。高壓波紋管一般采用多層結構，以降低波紋管的剛度和應力。波紋管耐壓力驗算時，應考慮波紋管波形在壓力作用下開始發生塑性變形時的大耐壓力Pn(臨界失穩壓力)和產生總體失穩時的壓力PS(總體失穩壓力) 。根據實際條件，選取波紋管壁厚s=0.12mm。
(4) 波紋管閥門的使用壽命確定
為提高波紋管的使用壽命，應根據使用要求確定波紋管的工作位移和結構，使波紋管始終工作在良好的狀態。由于波紋管的行程不能超過工作位移，波紋管的軸向行程通過閥桿移動的機械限位控制，可采取一定的結構設計措施，避免驅動裝置螺紋副轉動使波紋管扭轉而產生的扭曲變形。壓力沖擊對波紋管使用壽命會造成影響。在快速關閉閥門過程中產生的壓力峰值會使波紋管產生較大變形，從而降低波紋管的使用壽命。由于許多情況難以預計，對波紋管的耐壓強度設計要留有余地。如果波紋管使用和安裝不正確，工作時產生的各種附加應力，同樣會降低波紋管的使用壽命。
(5) 波紋管閥門的端部結構
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構時，要同時考慮焊接和波紋管成形的工藝性。常用的兩種閥門用波紋管端部基本結構形式為N形和W形(圖下圖)。根據波紋管與閥桿和閥體的焊接結構，小型波紋管閥門的波紋管端部結構采用內配合形式，波紋管的具體結構參數和結構如下圖所示。波紋管的端部結構WZ41H波紋管密封閘閥設計波紋管結構

    波紋管閘閥產品特點
    波紋管密封閥門具有密封面堆焊硬質合金、閥桿經過調質和表面氮化處理、雙重密封、具有閥桿升降位置指示等特點。
    1.波紋管密封閘閥，其關鍵部件金屬波紋管，下端與閥桿組件采用自動滾焊焊接，上端與連接板自動滾焊接，在流體介質和大氣之間形成一個金屬屏障，確保閥桿零泄漏；
2.閥瓣采用錐形設計，密封面與介質成流線形，密封性能更好，使用壽命更長；
3.雙重的密封設計（波紋管+填料）若波紋管失效，閥桿填料也會避免泄漏，并符合密封標準；
4.閥蓋上自帶有加脂接頭，可直接對閥桿、螺母和軸套進行潤滑，不像傳統的只對螺紋加潤滑油；
5.人體工程學設計手輪，使用壽命更長，操作輕松便捷，更安全可靠；

   閥桿調質及表面氮化處理，有良好的抗腐和抗摩擦性能；
   雙重密封，性能更可靠；
   產品結構合理、密封可靠、性能優良、造型美觀；
   密封面堆焊Co基硬質合金、耐磨、耐腐、抗摩擦性能好、使用壽命長；
   閥桿升降位置指示，更直觀；
   零件材質及法蘭、對焊端尺寸可根據實際工況或用戶要求合理選配，滿足各種工程需要。

6、WZ41H波紋管密封閘閥設計波紋管閥門內密封設計
閥門的內密封是指閥座與閥瓣(啟閉件) 相互 接觸部分的密封。閥門密封面經常受到介質的腐蝕和磨損，是閥門中容易損壞的部件，其結構和質量直接影響閥門的使用。根據波紋管閥門的工作條件和使用環境，波紋管閥門密封面應具有良好的密合性能(即密封面應能很好地阻止介質滲透) ，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構強度。由于波紋管軸向行程較小，要求閥門密封面開啟高度小。密封面應耐氫腐蝕并有良好的加工性能。
根據波紋管閥門開啟高度小的特點，結構設計上采用抬起高度小而能獲得較大通氣面積的刀形平 面密封結構。閥座密封面加工成梯形刀口，閥瓣密封面加工為平面。該內密封結構不僅實現了平面密封，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波紋管密封閘閥設計結語
根據工作環境和使用要求，設計了小型波紋管閥門的內、外密封結構，達到了閥門要求的密封精度和使用后的密封可靠性。與本產品相關論文禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護