CN104565427A - 一种碳石墨阀座组件及其加工方法 - Google Patents

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肖敏
王超
董飞
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Abstract

本发明涉及一种碳石墨阀座组件，包括阀座，所述阀座设置在球体与阀体之间并且在阀座内部设有内嵌式碳石墨阀座，所述内嵌式碳石墨阀座外围的阀座边缘处设置双重成型石墨防火结构；所述内嵌式碳石墨阀座与球体之间设置间隙并且在间隙两侧分别形成密封面，所述密封面上安装刮刀。所述碳石墨阀座组件的加工方法。本发明有益效果为：通过在上装式楔式球阀的阀座的基础上创新，采用碳石墨+特材合金环组合件，以及DBB球阀的阀座采用碳石墨内嵌入特种合金阀座，这两种结构相结合，实现满足PTA行业介质的特殊要求，介质温度高、带有强腐蚀性等特点。

Description

一种碳石墨阀座组件及其加工方法
技术领域
本发明涉及一种可满足PTA行业介质的特殊要求、介质温度高、带有强腐蚀性的碳石墨阀座组件及其加工方法。
背景技术
随着国内PTA行业的日益发展，PTA装置上的一些特殊进口阀门的国产化也势在必行。由于PTA装置上介质的特殊性（高温、腐蚀性强等特性），所以PTA管道上阀门的选材不仅要具有耐腐蚀性还要具备耐高温的性能，这样针对阀门的选材是个关键，也是对国内阀门行业的考验。因而，需要不断的开发、探索新材料、新结构，结合给逸盛、惠生、嘉兴石化、远东石化、虹港石化、江阴汉邦石化以及上海亚东石化等项目所生产、维修的球阀规格、参数，开展严肃、科学地研制上装式楔式球阀的阀座采用碳石墨+特材合金环组合件和DBB球阀的阀座采用碳石墨内嵌入特种合金阀座的两种结构形式，可大大提升阀门制造业整体水平。
例如，以上海罕鼎阀门有限公司2014年自主研发的3”x300LB上装式楔式球阀的阀座（采用碳石墨+钛材合金环组合件）为例做详细说明，可参考本实用新型附图1与附图3，根据查阅相关资料表明：钛环与碳石墨材质随温度变化存在一定的差异，即钛合金的热膨胀系数大于碳石墨的热膨胀系数，并且碳石墨的热膨胀系数随温度变化是成线性变化的；（具体详见“表TE-5”和“表TE-6”）；
 
                                      表TE-6   碳石墨的机械性能参数表
由于两者热膨胀系数存在一定的差异，随着PTA装置温度的变化（-29～200℃），如图1，接触面A和接触面B就会存在过紧联结和过松联结两种情况，联结过紧会导致碳石墨密封圈压碎、损坏，联结过松会导致阀门泄漏，甚至碳石墨密封圈和钛环脱离损坏。
鉴于以上两种情况，需要通过新方案来解决，一种方案是按照国内通常采用热套的方式，即将加热后的钛环套在静止的碳石墨密封圈上，等待钛环和碳石墨冷却常温后，两者达到过盈配合，既而可以进行加工、装配；当安装到PTA管道上，随着温度的升到200℃，由于两者的热膨胀系数相差较大，钛环随着温度升高，热膨胀量大于碳石墨热膨胀量，就会出现“过松联结”情况的发生，进而会导致阀门泄漏，甚至碳石墨密封圈和钛环脱离；
另一种方案是采用冷套的方式，即将冷却后的碳石墨密封圈套入静止的钛环内，等待钛环和碳石墨冷却常温后，两者也能达到过盈配合，既而可以进行加工、装配；同样，当安装到PTA管道上，随着温度的升到200℃，由于两者的热膨胀系数相差较大，又会出现以上“过松联结”情况的发生；同样，这两种方案都不可取。
鉴于以上两种方案都无法实现在线阀门高性能的运作，最终可采用的方案是：通过将接触面A和接触面B的数值控制在一个合理的数值范围内，分别对钛环进行加热处理，对碳石墨密封圈进行冷却处理，待分别达到计算温度值时，分别取出两者在暂设定装配温度为20℃（冬天、夏天可以在设定好温度的空调房里进行装配）的环境中进行装配，待装配完整后，然后碳石墨组件在数控加工中心加工两端的密封面到图纸尺寸即可，根据两者膨胀量具体计算温度值详见附表-1和附表-2。
附表-1
针对碳石墨密封圈随温度变化，分别对接触面A和接触面B进行理论上计算如附表-2：
附表-2
因此，针对以上方面，需要对现有技术进行有效创新。
发明内容
针对以上缺陷，本发明提供一种能满足PTA行业上介质的特殊性、介质温度高、带有强腐蚀性的碳石墨阀座组件及其加工方法，以解决现有技术的诸多不足。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种碳石墨阀座组件及其加工方法，包括阀座，所述阀座设置在球体与阀体之间并且在阀座内部设有内嵌式碳石墨阀座，所述内嵌式碳石墨阀座外围的阀座边缘处设置双重成型石墨防火结构并且在两个双重成型石墨防火结构之间设置O形多重密封圈，同时，在阀座与阀体相接处设置预紧弹簧；
所述内嵌式碳石墨阀座设置于阀座外边缘，该内嵌式碳石墨阀座与球体之间设置间隙并且在间隙两侧分别形成密封面，所述密封面上安装用于清理的刮刀。
所述碳石墨阀座组件的加工方法，主要由以下步骤组成：
⑴首先，将钛圈（ASTM B381 F2/F3）外圆及长度加工所需尺寸，两内孔加工在合适的公差范围；
⑵然后，再将碳石墨阀座圈（KC-673※上海东洋碳素）加工到所需尺寸，两外圆加工在合适的公差范围；
⑶其次，将钛圈（ASTM B381 F2/F3）放入设定好温度的高温炉内加热到80℃，再将碳石墨阀座圈（KC-673※上海东洋碳素）放入设定好温度的低温箱内冷冻至-50℃，待静止一段时间后，分别用专用工具将两个圈取出，瞬间再用特制的工装将两个圈在设定好恒定温度20℃的环境里进行配装；
⑷最后，待钛圈(ASTM B381 F2/F3)与碳石墨阀座圈(KC-673※上海东洋碳素)的组合件冷却至室温后，放在数控车床上进行精车，并于配装的球体进行精细配研、组装，配研过程中需注意两者接触面的粗糙度，最终将装配好的整装球阀进行整体试压。
本发明所述的碳石墨阀座组件及其加工方法的有益效果为：通过在上装式楔式球阀的阀座的基础上创新，采用碳石墨+特材合金环组合件，以及DBB球阀的阀座采用碳石墨内嵌入特种合金阀座，这两种结构相结合，实现满足PTA行业介质的特殊要求，介质温度高、带有强腐蚀性等特点。
附图说明
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
图1是现有技术中适用于上装式楔式球阀结构形式的阀座应用示意图；
图2是本发明实施例所述碳石墨阀座组件的应用状态示意图；
图3是现有技术中适用于上装式楔式球阀结构加工尺寸示意图；
图4是本发明实施例所述适用于DBB球阀结构的阀座组件示意图；
图5是图4的4A部分放大示意图。
图中：
1、球体；2、阀体；3、阀座；4、内嵌式碳石墨阀座；5、预紧弹簧；6、O形多重密封圈；7、双重成型石墨防火结构；8、刮刀；9、密封面；10、间隙。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明实施例所述的碳石墨阀座组件，包括阀座3，所述阀座3设置在球体1与阀体2之间并且在阀座3内部设有内嵌式碳石墨阀座4，所述内嵌式碳石墨阀座4外围的阀座3边缘处设置双重成型石墨防火结构7并且在两个双重成型石墨防火结构7之间设置O形多重密封圈6，同时，在阀座3与阀体2相接处设置预紧弹簧5；
相应地，所述内嵌式碳石墨阀座4设置于阀座3外边缘，该内嵌式碳石墨阀座4与球体1之间设置间隙10并且在间隙10两侧分别形成密封面9，所述密封面9上安装用于清理的刮刀8结构。
以上本发明实施例所述的碳石墨阀座组件的加工方法，主要由以下步骤组成：
⑴首先，将钛圈（ASTM B381 F2/F3）外圆及长度加工所需尺寸，两内孔加工在合适的公差范围；
⑵然后，再将碳石墨阀座圈（KC-673※上海东洋碳素）加工到所需尺寸，两外圆加工在合适的公差范围；
⑶其次，将钛圈（ASTM B381 F2/F3）放入设定好温度的高温炉内加热到80℃，再将碳石墨阀座圈（KC-673※上海东洋碳素）放入设定好温度的低温箱内冷冻至-50℃，待静止一段时间后，分别用专用工具将两个圈取出，瞬间再用特制的工装将两个圈在设定好恒定温度20℃的环境里进行配装；
⑷最后，待钛圈(ASTM B381 F2/F3)与碳石墨阀座圈(KC-673※上海东洋碳素)的组合件冷却至室温后，放在数控车床上进行精车，并于配装的球体进行精细配研、组装，配研过程中需注意两者接触面的粗糙度，最终将装配好的整装球阀进行整体试压。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本案技术，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，本领域的技术人员根据本案的揭示，对于本案做出的改进和修改都应该在本案的保护范围内。

Claims (2)

1.一种碳石墨阀座组件，包括阀座（3），其特征在于：
所述阀座（3）设置在球体（1）与阀体（2）之间并且在阀座（3）内部设有内嵌式碳石墨阀座（4），所述内嵌式碳石墨阀座（4）外围的阀座（3）边缘处设置双重成型石墨防火结构（7）并且在两个双重成型石墨防火结构（7）之间设置O形多重密封圈（6），同时，在阀座（3）与阀体（2）相接处设置预紧弹簧（5）；
所述内嵌式碳石墨阀座（4）设置于阀座（3）外边缘，该内嵌式碳石墨阀座（4）与球体（1）之间设置间隙（10）并且在间隙（10）两侧分别形成密封面（9），所述密封面（9）上安装用于清理的刮刀（8）。
2.根据权利要求1所述的碳石墨阀座组件，其特征在于，其加工方法主要由以下步骤组成：
⑴首先，将钛圈（ASTM B381 F2/F3）外圆及长度加工所需尺寸，两内孔加工在合适的公差范围；
⑵然后，再将碳石墨阀座圈（KC-673※上海东洋碳素）加工到所需尺寸，两外圆加工在合适的公差范围；
⑶其次，将钛圈（ASTM B381 F2/F3）放入设定好温度的高温炉内加热到80℃，再将碳石墨阀座圈（KC-673※上海东洋碳素）放入设定好温度的低温箱内冷冻至-50℃，待静止一段时间后，分别用专用工具将两个圈取出，瞬间再用特制的工装将两个圈在设定好恒定温度20℃的环境里进行配装；
⑷最后，待钛圈(ASTM B381 F2/F3)与碳石墨阀座圈(KC-673※上海东洋碳素)的组合件冷却至室温后，放在数控车床上进行精车，并于配装的球体进行精细配研、组装，配研过程中需注意两者接触面的粗糙度，最终将装配好的整装球阀进行整体试压。
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