之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍高压大通径不锈钢氧气截止阀设计介绍了一种新型高压大通径不锈钢氧气截止阀的结构特点、主要技术参数、材料选用和试验，进行了截止阀的流场仿真计算分析。

1、高压大通径不锈钢氧气截止阀设计概述
用于高压氧气的管路与阀门具有特殊的技术要求，如防静电、阀门流道和内表面的形状、材料选择、密封面设计、阀瓣和阀杆的防转结构等都要求较高。目前研制的高压大通径氧气截止阀基本都选用蒙乃尔合金材料，价格昂贵。本文介绍了一种按照GB16912-2008和IGCDOC13/02/E所规定的各种条款设计的新型高压大通径不锈氧气截止阀。YJ41W不锈钢氧气截止阀除了具有普通阀门的功能外，又有其自身的特点。在制造时采用严格的禁油措施，并且所有零件在安装前均进行严格的脱脂处理。所有通径阀门法兰端均设有导电螺孔，以防静电。阀门外露部位有保护措施，防止尘土和油类污染。该类产品的所用材料分两大类：一类是选用了铸造硅黄铜为阀体、阀盖、阀瓣的用材；另一类是选用了不锈钢为阀体、阀盖、阀瓣的用材。
YJ41W不锈钢氧气截止阀是根据氧气管网运行特点以及考虑氧气介质的易燃易爆的特性，以安全可靠和性能*为设计原则，并参照中华人民共和国冶金工业部制定的《氧气安全规程》的规定而设计、制造的确保氧气管网安全运行的阀门。主体材料选用不锈钢或阻燃性*的铜合金，密封面为本体或堆焊D802，其余内件采用不锈钢或铜合金；传动部位的润滑采用不可燃的润滑脂，并标有明显的禁油标记。在结构上，支架采用全闭封，并有导除静电装置，阀杆上配有防尘帽。
高压大通径不锈钢氧气截止阀设计YJ41W不锈钢氧气截止阀结构特点：
1、对于公称压力PN≥1.6MPa、DNl25～200采用内旁通结构；DN250～500采用带外旁通阀结构。其目的是减小阀前、阀后的压力差以避免高流速、高冲刷以及防止产生高温，从而保证了氧气管网的安全运行，同时也减小了操作力矩。
2、介质流向：PN≥1.6MPa、DN≤100介质由阀瓣下方流入阀瓣上方(即低进高出)，DN≥125介质由阀瓣卜方流入下方(高进低出)o对于DN≥125的阀门采用介质高进低出的流向，一方面足内旁通阀结构上的需要，另一方面由于介质压力的作用使阀门的关闭力大大减小。
3、该阀设有导静电安全装置，可避免因静电产生火花。
4、与普通截止阀相比，氧气管路用截止阀的支架部分采用全封闭式结构，且压紧填料时可以打开支架上的防护盖板，起到了防油防尘的作用。并有明显的禁油标记。
5、全部零件采用严格的脱脂处理。

2、主要技术指标
公称通径 DN250

公称压力 15MPa

工作介质 99.5%氧气

工作温度 -10～50℃

结构型式 角式

zui大工作压力 12MPa

实际zui大工作流量 27.5kg/s

3、结构
研制的DN250、900磅级氧气截止阀(图1)为气动驱动。当气缸活塞上端通气下端排气时阀门处于关闭状态，依靠阀瓣和阀座密封面的压紧变形将介质封闭在入口。当活塞上端排气下端通气时阀门打开，阀瓣的行程通过上密封限位来保证。在支架上预留两个窗口，可以随时对填料进行压紧。套筒和阀座的密封采用金属缠绕垫密封。高压氧气管路用不锈钢截止阀图1 氧气截止阀

3.1、阀盖

阀盖结构有上装式、下装式和自紧式等。上装式和下装式阀盖受介质压力较大，通常使用在公称压力不超过26MPa的阀门。上装式阀盖适用于直通式、角式和直流式等结构的阀门，下装式阀盖在高压情况下通常只使用在角式阀门中。下装式阀盖较容易解决阀座与阀体的固定问题，方便阀座的安装、维修和更换。自紧式阀盖结构通常使用在高压情况，一般不小于26MPa磅级。但自紧式阀盖结构对零件的加工精度和装配技术有较高的要求。考虑到采用平衡式结构，并且氧阀有低压使用工况，所以阀盖采用上装式结构。

3.2、阀座

高压截止阀密封副选用金属密封。常用的金属密封结构有平面密封、锥面密封和线密封。平面密封的工艺性好，阀瓣导向要求不高。锥面密封和线密封的阀瓣则需要精密定位导向。由于截止阀的套筒可以为阀瓣提供很好的导向，阀座选用锥面密封，密封面半锥角为30°。为了提高阀座的密封性和寿命，需要对阀瓣和阀座的密封面进行堆焊和研磨。因堆焊时要进行焊前预热和焊后热处理，故将阀座与阀体设计为分体式。先在阀座上堆焊后，再将阀座焊接到阀体上(图2)。高压氧气管路用不锈钢截止图2 氧气截止阀阀座结构

3.3、阀瓣和阀杆防转

阀杆防转采用两个防转夹板和一个键与阀杆通过螺钉紧固，在一个防转夹板上伸出防转螺栓杆与阀体支架的导向槽配合(图3)，确保阀杆只能进行上下移动，不会发上旋转。阀瓣和阀杆通过锁紧螺母连接，锁紧螺母和阀瓣之间通过安装一个螺钉实现防松。阀瓣中有一个通过电火花加工的孔，孔中安装了一个圆柱销，与阀杆头部铣出的一个槽进行配合，该结构可以防止阀瓣与阀杆之间发生相对旋转(图4)。

3.4、阀杆密封

阀杆密封采用填料结构。根据标准，填料选用6层增强聚四氟乙烯V形填料。阀杆填料密封可能会因为温度变化、填料蠕变、磨损和挤出等原因出现填料松弛现象，维护不及时可能会引发泄漏事故。氧气截止阀的阀杆密封结构中，采用带碟形弹簧加载的活载压紧结构(图5)，碟形弹簧可以使填料保持相对恒定的压紧力，避免填料密封出现松弛或过压现象，提高填料使用寿命，延长维护周期。高压氧气管路用不锈钢截止阀图3 阀杆防转高压氧气管路用不锈钢截止阀图4 阀瓣防转高压氧气管路用不锈钢截止阀图5 阀杆密封

3.5、上密封

上密封是阀门全开时，阻止介质向填料函处渗漏的一种密封结构，通常采用锥形密封或球面密封。上密封阀座通常设在阀盖或阀体上，上密封阀瓣通常设在阀杆上。为了降低成本，将上密封阀瓣设在锁紧螺母上，阀瓣压盖与阀瓣通过O形圈实现端面密封，但此结构中阀瓣压盖与阀杆存在一定的间隙，上密封阀瓣的导向较差，不宜采用锥形密封，故采用球形密封(图6)。上密封阀座在阀盖上直接加工，考虑到密封力较大，采用120°锥面，阀瓣压盖加工成球面。高压氧气管路用不锈钢截止阀图6 上密封

3.6、防静电设计

根据GB16912-2008，氧气(包括液氧)设备、管道、阀门的法兰连接和螺纹连接处，应采用金属导线跨接，其跨接电阻应小于0.03Ω。因此认为阀门设计时在其法兰连接处预留金属导线接口(螺钉压接)，方便阀门、管路系统连接后法兰之间的导线跨接。

4、材料选择
氧气阀门中，与氧气接触零件的选材是设计的关键，特别是高压氧气阀。设计中根据GB16912-2008、IGCDOC13/02/E和GB10877-89等标准，并兼顾经济性考虑进行选材。

不锈钢氧气阀结构说明
1、不锈钢氧气阀主要由阀体、阀盖、阀瓣等零件组成；
2、球形阀体，手里均匀;
3、不锈钢氧气阀为手动操作，顺时针旋转手轮，阀门关闭，逆时针旋转手轮，阀门开启；
4、DN50以下不锈钢氧气阀无滚珠轴承，
5、DN150、DN200、DN250、DN300等大口径不锈钢氧气阀增设副阀瓣。介质流从阀瓣上部流向下方。

不锈钢氧气阀主要特点
1、JY41W不锈钢氧气阀系列特殊设计的不锈钢或铜合金截止阀，主要用于氧压机加压后的管道。
2、启闭灵活。不锈钢氧气阀根据通径的大小采用两种结构，小通径的为普通结构，大通径的增设副阀瓣，以平衡阀前和阀后压差，减少启闭力矩。
3、安全可靠。不锈钢氧气阀制造时采用严格禁油措施，填料材质为聚四氟乙烯，阀杆设计成升降杆，即阀杆升降时不转动，阀瓣随其升降，因而减少对填料的磨损，同时上密封磨损亦降到zui低程度。所有阀件在安装前均经过严格脱脂，确保使用时安全可靠。
4、阀杆外露部分均有保护措施，可以防止尘土和油污，支架轴承润滑采用氟化脂。
5、不锈钢氧气阀在法兰端加设导电螺孔，以防静电。
4.1、金属材料

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀根据氧气用角式截止阀工作压力12MPa，气体流速小于4.5m/s的实际工况条件，阀体和阀盖选用304材料。阀杆和套筒选用沉淀硬化不锈钢05Cr17Ni14Cu4Nb，阀座选用不锈钢304[6]，在阀座密封面堆焊司太立合金。

4.2、非金属材料

氧气介质阀中的非金属材料主要为各种非金属密封件。如阀瓣和套筒的动密封、套筒与阀体间的密封和阀杆密封等。阀杆密封采用柔性石墨材料或聚四氟乙烯，阀瓣和套筒的动密封采用阻燃性较好的氟橡胶O形圈或PTFE包覆O形圈。导向筒与阀体之间的密封选用金属缠绕垫，而阀体和套筒、阀座与阀体间的冗余密封选用氟橡胶O形圈。

5、清洗和试验
氧气截止阀的清洗脱脂按HGJ202-1982进行。装配前，金属零件用四氯化碳或氟里昂清洗，非金属零件用四氯化碳清洗，并吹干。采用紫外线(波长为320～380nm，光源为聚光，光密度至少在30cm长度上达到5.0mW/cm2)检测脱脂件表面。脱脂合格的零件用洁净无油白布或气相防锈膜等包装好，以防二次污染。在装配中，橡胶O形圈润滑脂选用抗化学介质润滑脂7804。施工人员应穿戴干净，工作服上无油污，保持双手或手套干净无油脂。装配环境洁净无油，地面不起尘，相对湿度小于75%。

试验时*行液压强度试验，然后分解阀门，并按要求清洗零件，再装配进行密封性试验，试验介质为高纯氮(99.99%)。阀门试验合格后，需再次进行脱脂处理和检测，合格后包装出厂。

6、流场计算
以入口压力为12MPa，流量为27.5kg/s，使用介质为氧气，进行截止阀流场仿真计算(图7)。阀体的流道内大部分区域流速小于4.5m/s。只在环形腔与出口流道的交汇处zui大流速为5.2m/s。经过分析，其原因可能是环形腔与出口流道的过渡不够光滑。设计时可在该处增加过渡段，加工时也需对该处进行打磨处理。高压氧气管路用不锈钢截止阀图7 角式氧阀速度分布

7、结语
新型高压氧气管路用截止阀，在结构设计和主体材料的选用上符合相关规范。阀门组装时严格按照要求进行脱脂、禁油和相关的检验，性能良好。阀门成本低，易于控制，可满足工况条件的要求。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀