FESTO電磁閥的設計和計算

　　FESTO電磁閥的設計和計算

　　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，所以在閥門關閉時，必須向閥瓣施加壓力，以密封面不泄漏。為了使閥門開關更省力，設計了FESTO電磁閥。

　　FESTO電磁閥的介質流向為進高出，即介質由閥瓣下方進入閥門。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，關閉閥門需要克服的阻力是閥桿和填料的摩擦力與由介質的壓力所產生的推力。由于關閉閥門的力比開啟閥門的大，所以按照關閉閥門力設計的閥桿直徑較大(否則會發(fā)生閥桿頂彎的故障)，因此增大了閥門體積和質量。經過分析，將閥瓣和閥桿端部設置成壓力自平衡結構(圖1)。

　　采用FESTO電磁閥結構后，閥門關閉時，介質通過閥瓣和閥桿的壓力自平衡孔進入閥瓣上腔，減小了介質在閥瓣兩側的壓力差或流量差，用以調節(jié)壓力的相對平衡。閥門開啟時，介質再由壓力自平衡孔返回閥體內部，減小了由介質壓力所產生的推力，使開關更省力。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元素可以促進強化相的產生，有利于材料強度的提高，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，此材料對大氣及稀釋酸或鹽具有良好的抗腐蝕能力。0Cr17Ni4Cu4Nb經過固溶和時效熱處理后，可以提升材料的機械性能，從而獲得合適的強度和硬度。

　　FESTO電磁閥有優(yōu)良的耐腐蝕性能、抗高溫氧化性能和高溫熱強性能。A302 容易焊接，不因溫度變化發(fā)生相變，對氫脆不敏感，在焊態(tài)下有較好的塑性和韌性。但是，A302易產生焊接熱裂紋、脆化、晶間腐蝕、應力腐蝕和表面氧化等缺陷，因其導熱性能差，線膨脹系數(shù)大，所以焊接應力和焊接變形較大。為了避免焊縫枝晶粗大，以致增大偏折，應盡量采用小的熱輸入量，不預熱、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，產生裂縫的可能性小，用硬質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，將探傷檢查確認合格的工件放到爐箱中預熱，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。～280A，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電磁閥結語

　　采用先預熱閥體堆焊P91，然后冷焊A302，后預熱焊D802 硬質合金的方法，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，又達到了提高閥體密封面使用壽命的目的。閥瓣密封面堆焊時，先將閥瓣預熱，預熱后直接堆焊D802，焊后進行回火處理。

　　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)保機組中，臨界截止閥用于高壓疏水、對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，導致能源損耗的現(xiàn)象，選用優(yōu)質的高溫耐熱鋼F91 為閥體材料，并在F91 的閥體上堆焊硬質合金閥座密封面，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、中溫強度和熱強性，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。

　　一般由驅動件(手輪)、閥桿、閥體、閥蓋、閥瓣(關閉件)和填料裝置等主要零件組成。手輪與閥桿相連，并借助閥桿帶動閥瓣，使閥瓣沿閥座軸線方向往復運動，從而使管路接通或切斷。

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

　　FESTO電磁閥已經并投入使用，然而美國石油學會指導性文件API 615《閥門選用指南》對截止閥的選用是這樣描述的：“雖然大口徑和高壓力等級也可能是合適的，但壓力等級為150磅級的標準截止閥適合的公稱尺寸不過NPS112，300磅級時不過NPS110和600磅級時不過NPS18?！?/p>

　　一、 FESTO電磁閥的工作原理

　　截止閥閥桿一般都做旋轉升降運動，手輪固定在閥桿頂端。當順時針方向旋轉手輪時，閥桿螺紋下旋，閥瓣密封面與閥座密封面緊密接觸，F(xiàn)ESTO電磁閥達到關閉狀態(tài);當逆時針方向旋轉手輪時，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。