1、之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)計文章概述
在氫及氫同位素處理系統(tǒng)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(nèi)、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(huán)境貯存后，閥門應(yīng)具有較高的工作可靠性。由于氫處理系統(tǒng)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(fā)生任何滲漏。為此，設(shè)計了外界無漏點的小型波紋管閥門作為氫系統(tǒng)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(zhì)。通過選擇碳鋼、不銹鋼、合金鋼等閥門材質(zhì)，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(zhì)、尿素等多種介質(zhì)。波紋管閘閥的驅(qū)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(jié)構(gòu)合理、密封可靠、性能優(yōu)良、造型美觀；密封面堆焊Co基硬質(zhì)合金、耐磨、耐腐、抗摩擦性能好、使用壽命長；閥桿調(diào)質(zhì)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(zhì)及法蘭、對焊端尺寸可根據(jù)實際工況或用戶要求合理選配，滿足各種工程需要。產(chǎn)品波紋管密封閘閥的閥桿采用波紋管及填料雙重密封結(jié)構(gòu)，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(zhì)的管路。

    波紋管閘閥的閥桿采用波紋管及填料雙重密封結(jié)構(gòu)，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(zhì)的管路。波紋管采用不銹鋼或 Inconel 材料制造，波紋管密封結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，耐疲勞，使用壽命長。

2、WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)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(guān)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(guān)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(shè)計波紋管閥門類型及材料
根據(jù)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(zhì)量輕、體積小、操作靈活和使用方便的優(yōu)點。由于閥門的工作介質(zhì)為氫氣，對某些材料造成氫損傷或氫脆，從而導(dǎo)致材料失效而產(chǎn)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(shè)計波紋管閥門閥桿密封設(shè)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(guān)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(nèi)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(shè)計波紋管閥門設(shè)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(diào)式減壓閥,水減壓閥應(yīng)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求，波紋管內(nèi)徑取Φ6mm，外徑取Φ10mm。
(2) WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)計波紋管閥門的波數(shù)
波紋管波數(shù)根據(jù)閥門啟閉行程W確定。通常波紋管的單波結(jié)構(gòu)位移約為波距的40%，單波大許用位移約為結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)
t———波距，mm
根據(jù)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(jù)閥門的壓力等級按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和資料預(yù)先選定，再根據(jù)公式驗算波紋管的耐壓力。高壓波紋管一般采用多層結(jié)構(gòu)，以降低波紋管的剛度和應(yīng)力。波紋管耐壓力驗算時，應(yīng)考慮波紋管波形在壓力作用下開始發(fā)生塑性變形時的大耐壓力Pn(臨界失穩(wěn)壓力)和產(chǎn)生總體失穩(wěn)時的壓力PS(總體失穩(wěn)壓力) 。根據(jù)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(yīng)根據(jù)使用要求確定波紋管的工作位移和結(jié)構(gòu)，使波紋管始終工作在良好的狀態(tài)。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(jié)構(gòu)設(shè)計措施，避免驅(qū)動裝置螺紋副轉(zhuǎn)動使波紋管扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)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(guān)閉閥門過程中產(chǎn)生的壓力峰值會使波紋管產(chǎn)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(yù)計，對波紋管的耐壓強度設(shè)計要留有余地。如果波紋管使用和安裝不正確，工作時產(chǎn)生的各種附加應(yīng)力，同樣會降低波紋管的使用壽命。
(5) 波紋管閥門的端部結(jié)構(gòu)
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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式為N形和W形(圖下圖)。根據(jù)波紋管與閥桿和閥體的焊接結(jié)構(gòu)，小型波紋管閥門的波紋管端部結(jié)構(gòu)采用內(nèi)配合形式，波紋管的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)和結(jié)構(gòu)如下圖所示。波紋管的端部結(jié)構(gòu)WZ41H波紋管密封閘閥設(shè)計波紋管結(jié)構(gòu)

    波紋管閘閥產(chǎn)品特點
    波紋管密封閥門具有密封面堆焊硬質(zhì)合金、閥桿經(jīng)過調(diào)質(zhì)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(guān)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(zhì)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(shè)計，密封面與介質(zhì)成流線形，密封性能更好，使用壽命更長；
3.雙重的密封設(shè)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(biāo)準(zhǔn)；
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(tǒng)的只對螺紋加潤滑油；
5.人體工程學(xué)設(shè)計手輪，使用壽命更長，操作輕松便捷，更安全可靠；

   閥桿調(diào)質(zhì)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、密封可靠、性能優(yōu)良、造型美觀；
   密封面堆焊Co基硬質(zhì)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(zhì)及法蘭、對焊端尺寸可根據(jù)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(shè)計波紋管閥門內(nèi)密封設(shè)計
閥門的內(nèi)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(jīng)常受到介質(zhì)的腐蝕和磨損，是閥門中容易損壞的部件，其結(jié)構(gòu)和質(zhì)量直接影響閥門的使用。根據(jù)波紋管閥門的工作條件和使用環(huán)境，波紋管閥門密封面應(yīng)具有良好的密合性能(即密封面應(yīng)能很好地阻止介質(zhì)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(jié)構(gòu)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(yīng)耐氫腐蝕并有良好的加工性能。
根據(jù)波紋管閥門開啟高度小的特點，結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)。閥座密封面加工成梯形刀口，閥瓣密封面加工為平面。該內(nèi)密封結(jié)構(gòu)不僅實現(xiàn)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(shè)計結(jié)語
根據(jù)工作環(huán)境和使用要求，設(shè)計了小型波紋管閥門的內(nèi)、外密封結(jié)構(gòu)，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(chǎn)品相關(guān)論文禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護