大型刚性密封蝶阀密封圈的加工
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摘要:介绍了大型刚性密封蝶阀阀体和阀板密封圈的加工工艺,以及特殊加工工装的制作和应用。

一、前言

大型刚性密封蝶阀是重油催化裂化装置上的关键设备之一。它集调节阀和平板阀的优点与一体,具有双重作用:一是密封作用;二是起调节催化剂流量的作用。刚性密封蝶阀是在阀板关上后,通过阀体密封圈的密封而和阀板密封圈的密封面成线接触来实现密封的。由于阀的两个密封圈直径都比较大,极容易变形,而且尺寸公差、形位公差和表曲粗糙度要求都很高,这就给加工带来了困难。如何解决密封圈的加工问题成了制造该类型阀门的重点。

图1 阀体密封圈

图2 阀板密封圈

二、密封圈的结构

阀体密封圈(见图1)和阀板密封圈(见图2)的结构如下所示。由于设备密封性要求很高,所以密封圈的表面粗糙度要求也很高,要求达到Ra1.6µm,而且该阀又是在高温(600℃左右)下工作,常受高速催化剂的冲刷,因此,密封圈需要堆焊硬质合金以起到耐冲蚀的作用。
从图中可看出,大型刚性密封蝶阀密封圈有以下特点:
  1. 密封圈的密封面是一个弧形面;
  2. 密封面要求堆焊硬质合金;
  3. 密封面的表面粗糙度要求较高,要求达到Ra1.6µm。
密封圈的结构特点决定了大型刚性密封碟阀密封圈加工的难度。

三、密封圈的加工工艺

从大型刚性密封蝶阀的阀体密封圈和阀板密封圈的结构特点来看,其密封面上堆焊了硬质合金,硬度很高,加工时进刀量很难把握,实际生产中就很难一次加工成形;密封面带有一定的弧度,加工过程中需要制作特殊样板,以随时在加工中检验密封面的弧形;密封面的表面粗糙度要求很高,必须有相应的加工工装来保证。为此,我们结合生产实际,采取了以下两方面措施来保证加工要求:①改进了加工工艺,进行了特殊加工;②制作特殊的工装,保证密封面的加工。生产加工工艺如下:
  1. 阀体部分(阀体和密封圈的组焊结构)预热。
  2. 密封面堆焊硬质合金。
  3. 保温12h。
  4. 热处理消除热应力。
  5. 粗车密封面。
  6. 半精车密封面。
  7. 精车密封面。
  8. 密封面磨削(磨头工装的制作)。
  9. 研磨密封面(制作研磨工装)。
  1. 加工过程中的特殊处理及说明
    1. 在工艺b的过程中,堆焊合金前须经预热处理以减少应力的产生,堆焊后要进行退火以去除应力。同时,为防止堆焊合金时产生热裂纹,采用胎具固定基体和对称焊接的方法以平衡热应力。
    2. 在工艺d的过程中,为预防堆焊合金后,密封圈收缩变形,消除热应力时胎具与工件一起进炉进行热处理,这样,释放应力后的上件就基本保持了原有的形状,径向变形小于3mm,经轻微校正即可满足加工要求。
    3. 在工艺f的半精车过程中,除密封面外其余部分尺寸均要车削加工至成品尺寸,密封合金面留磨量0.6mm。做一检查样板随时检验合金面,以保证密封面的弧度。另外,在此工序中出现的由于堆焊合金而形成的少量的收缩气孔,可采取补焊的方法子以修补。
    4. 在工艺g精车密封面时,先用螺栓紧固阀板密封圈和阀板体,并将阀体密封圈和阀体焊接在一起,然后做渗透试验,试验后组合件无渗漏再进行精车密封面工序。组焊后再加工密封面的目的是为了保证成品的形位公差,消除组焊造成的变形。
  2. 特殊工装的制作
    1. 磨头工装在工艺h的过程中,由于不具备如此大型的专用磨床,为便于加工,我们自制了砂轮磨头工装,如图3所示。

      1.车床立柱 2.电动机 3.轴承箱 4.导杆 5.金刚石刀具 6.滑块 7.碗形砂轮 8.刀轲
      图3 砂轮磨头工装

      图4 研配工装

      图5 研配工装
      将磨头安装于立车刀架上,磨头砂轮采用碳化硅砂轮,砂轮粒度要适中,砂轮安装后先要进行修正,然后才能用它进行磨削加工。修正砂轮有两种方法:一种是手工修砂轮,可以自制一套修砂轮的工装,如图3所示。在砂轮高速旋转过程中,上下移动滑块(手动),靠砂轮与滑块的摩擦进行修正。采用这种方法所修砂轮精度不高,只能是在工期紧张时采用,是一种简便的修正方法,它的优点是效率较高。第二种方法是利用机床的自动走刀车削砂轮,将金刚石刀具装夹于立车其中的一立柱上,转动砂轮并对刀后,利用车床立柱的自动走刀车削砂轮,这种方法精度较高,但速度慢,效率低。
      砂轮修正完毕后即可磨削,磨削过程中应注意的事项:
      1. 背吃刀量不能过大,一次进给量0.1mm左右,因为密封圈有一定的弹性,背吃刀量过大会引起变形,影响磨削精度
      2. 需要不断冷却砂轮和工件、可采用人工喷水或乳化液的方法降温。
      由于砂轮硬度的不均匀性及脱粒的不均匀性,磨削过程中易造成砂轮形状不规则,因此,可适当进行调整磨头工装,使设计工装的刀架沿斜度方向走刀,消除砂轮变形引起的偏差。
    2. 手工研配工装在工艺i的过程中,因阀体密封圈与阀板密封圈上都堆焊了硬质合金,所以不能直接对研,这样容易咬死,因此,需要自制研配工装。
      1. 工装制作用HT 200的材料,做了工装Ⅰ(图4)和工装Ⅱ(图5)2套研磨工装
      2. 研配
        1. 用工装Ⅰ与阀体密封圈对研。在阀体密封圈上涂上金刚粉(600目),将工装Ⅰ水平放人阀体密封圈中,用力均衡并均匀转动工装Ⅰ来对研阀体密封圈。
        2. 同上法,将阀板密封圈放入工装Ⅱ中转动工装Ⅱ研磨阀板密封圈。
        3. 研配一段时间后,取出工装Ⅰ,用工装Ⅰ与工装Ⅱ对研,以保证密封面的完全贴合。
        4. 然后再重复A~C过程。
        5. 阀板放入阀体中,密封面上涂上金刚粉,水平轻转数圈。
        6. 重复A~E过程,直至达到要求。

四、工艺效果

采用以上工艺加工的密封圈,径向圆跳动不小于0.05mm,表面粗糙度在Ra1.6µm以下,完全满足装配要求。
本文作者:兰州炼油化工机械厂质量监督检验中心 刘自洁 吴天平
原载:《通用机械》2003年第10期
上载于:2007-7-17 11:10:16

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