FESTO電磁閥的設計和計算

　　FESTO電磁閥開(kāi)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(mén)，所以在閥門(mén)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(mén)開(kāi)關(guān)更省力，設計了FESTO電磁閥。

　　FESTO電磁閥的介質(zhì)流向為進(jìn)高出，即介質(zhì)由閥瓣下方進(jìn)入閥門(mén)。在此工況條件下，開(kāi)啟閥門(mén)需要克服的阻力是閥桿和填料的摩擦力，關(guān)閉閥門(mén)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(mén)的力比開(kāi)啟閥門(mén)的大，所以按照關(guān)閉閥門(mén)力設計的閥桿直徑較大(否則會(huì )發(fā)生閥桿頂彎的故障)，因此增大了閥門(mén)體積和質(zhì)量。經(jīng)過(guò)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(mén)關(guān)閉時(shí)，介質(zhì)通過(guò)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)在閥瓣兩側的壓力差或流量差，用以調節壓力的相對平衡。閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，介質(zhì)再由壓力自平衡孔返回閥體內部，減小了由介質(zhì)壓力所產(chǎn)生的推力，使開(kāi)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)強化相的產(chǎn)生，有利于材料強度的提高，Mo的耐蝕性能顯著(zhù)，特別是和Cr相互作用的效果更明顯，可以增加閥門(mén)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(jīng)過(guò)固溶和時(shí)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(chǎn)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(xiàn)膨脹系數大，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(chē)平堆焊層，中間層厚1mm，探傷檢查密封面有無(wú)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?！?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電磁閥結語(yǔ)

　　采用先預熱閥體堆焊P91，然后冷焊A302，后預熱焊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(wèn)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(shí)，先將閥瓣預熱，預熱后直接堆焊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(guò)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(kāi)發(fā)高參數，大容量和高效節能環(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。為了解決臨界高溫、高壓、溫差大及壓差大工況下，閥門(mén)使用周期短、易泄漏，導致能源損耗的現象，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(mén)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定性，改善碳合金鋼的焊接性能。

　　一般由驅動(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(xiàn)方向往復運動(dòng)，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(chǎng)合，一般只)，更大的口徑規格僅應用于特殊管道。例如，大型氧氣管道，由于其他閥類(lèi)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，然而美國石油學(xué)會(huì )指導性文件API 615《閥門(mén)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(chēng)尺寸不過(guò)NPS112，300磅級時(shí)不過(guò)NPS110和600磅級時(shí)不過(guò)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(dòng)，手輪固定在閥桿頂端。當順時(shí)針?lè )较蛐D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，FESTO電磁閥達到關(guān)閉狀態(tài);當逆時(shí)針?lè )较蛐D手輪時(shí)，閥桿螺紋上旋，閥瓣密封面與閥座密封面脫開(kāi)，FESTO電磁閥開(kāi)啟。