FESTO电磁阀的设计和计算

　　FESTO电磁阀的设计和计算

　　FESTO电磁阀开启高度小，密封面摩擦力小，制造工艺好，维修方便。由于截止阀属于密封式阀门，所以在阀门关闭时，必须向阀瓣施加压力，以密封面不泄漏。为了使阀门开关更省力，设计了FESTO电磁阀。

　　FESTO电磁阀的介质流向为进高出，即介质由阀瓣下方进入阀门。在此工况条件下，开启阀门需要克服的阻力是阀杆和填料的摩擦力，关闭阀门需要克服的阻力是阀杆和填料的摩擦力与由介质的压力所产生的推力。由于关闭阀门的力比开启阀门的大，所以按照关闭阀门力设计的阀杆直径较大(否则会发生阀杆顶弯的故障)，因此增大了阀门体积和质量。经过分析，将阀瓣和阀杆端部设置成压力自平衡结构(图1)。

　　采用FESTO电磁阀结构后，阀门关闭时，介质通过阀瓣和阀杆的压力自平衡孔进入阀瓣上腔，减小了介质在阀瓣两侧的压力差或流量差，用以调节压力的相对平衡。阀门开启时，介质再由压力自平衡孔返回阀体内部，减小了由介质压力所产生的推力，使开关更省力。FESTO电磁阀主要由阀体、阀瓣、端法兰、阀盖、阀杆和压盖等组成(表1)。

　　FESTO电磁阀阀体、法兰和阀瓣等零部件材料选用奥氏体不锈钢0Cr17Ni12Mo2。在奥氏体不锈钢中，Mo元素可以促进强化相的产生，有利于材料强度的提高，Mo的耐蚀性能显著，特别是和Cr相互作用的效果更明显，可以增加阀门的耐蚀性能。

　　阀瓣盖和阀杆采用沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb，此材料对大气及稀释酸或盐具有良好的抗腐蚀能力。0Cr17Ni4Cu4Nb经过固溶和时效热处理后，可以提升材料的机械性能，从而获得合适的强度和硬度。

　　FESTO电磁阀有优良的耐腐蚀性能、抗高温氧化性能和高温热强性能。A302 容易焊接，不因温度变化发生相变，对氢脆不敏感，在焊态下有较好的塑性和韧性。但是，A302易产生焊接热裂纹、脆化、晶间腐蚀、应力腐蚀和表面氧化等缺陷，因其导热性能差，线膨胀系数大，所以焊接应力和焊接变形较大。为了避免焊缝枝晶粗大，以致增大偏折，应尽量采用小的热输入量，不预热、降层间温度，不回火等。密封面底层堆焊完成的阀体冷却后，将直径￠4mm 的A302 焊条在150 ～200℃温度下烘培，保温2 h。选用焊接电流200 ～ 210A，焊接电压22V，控制层间温度保持在200℃ 以下，分两层堆焊A302，每层的高度为1 mm。车平堆焊层，中间层厚1mm，探伤检查密封面有无裂纹、气孔和夹渣等缺陷。

　　FESTO电磁阀顶层堆焊的D802 韧性好，能承受在冷热条件下的冲击，产生裂缝的可能性小，用硬质合金刀具容易切削加工，金相组织为奥氏体和共晶体。D802分两层堆焊，厚度5 ～6mm，层间温度保持在300℃以下。堆焊D802 时，将探伤检查确认合格的工件放到炉箱中预热，加热温度在500 ～550℃，保温2 h。将直径￠5mm 的D802 焊条在200 ～250℃温度下烘培，保温1.5h。～280A，焊接电压25 ～30V，堆焊阀座密封面顶层。焊后回火，720℃下保温3 h。

　　FESTO电磁阀结语

　　采用先预热阀体堆焊P91，然后冷焊A302，后预热焊D802 硬质合金的方法，分3 次堆焊3 种不同材料形成阀体密封面，即解决了阀体F91材料焊接难的问题，又达到了提高阀体密封面使用寿命的目的。阀瓣密封面堆焊时，先将阀瓣预热，预热后直接堆焊D802，焊后进行回火处理。

　　分析了临界FESTO电磁阀钢的性能，介绍了通过采用特殊的阀体密封面堆焊工艺，减少了堆焊裂纹，提高了产品成品率和工作效率。

　　1、概述

　　在开发高参数，大容量和高效节能环保机组中，临界截止阀用于高压疏水、对空排气和定期排污系统。为了解决临界高温、高压、温差大及压差大工况下，阀门使用周期短、易泄漏，导致能源损耗的现象，选用优质的高温耐热钢F91 为阀体材料，并在F91 的阀体上堆焊硬质合金阀座密封面，以提高阀门的整体性能和使用寿命。本文探讨了在F91 阀体上堆焊阀座密封面工艺措施。

　　2、FESTO电磁阀常用材料为12Cr1MoV 钢，其使用温度为550℃，工作压力17MPa。在临界电站机组中，要求截止阀(图1) 的使用温度为600℃，工作压力为21MPa，因此FESTO电磁阀阀体材料选用F91 钢。F91 钢(Cr9Mo1V) 属于马氏体型耐热钢(表1，表2) ，钢中主要元素有V、Cr 和Mo 等。V 在钢中能提高钢的室温、中温强度和热强性，增加钢在高温下的组织稳定性，改善碳合金钢的焊接性能。

　　一般由驱动件(手轮)、阀杆、阀体、阀盖、阀瓣(关闭件)和填料装置等主要零件组成。手轮与阀杆相连，并借助阀杆带动阀瓣，使阀瓣沿阀座轴线方向往复运动，从而使管路接通或切断。

　　截止阀应用很广泛，主要用于压力较高的及口径较小的场合，一般只)，更大的口径规格仅应用于特殊管道。例如，大型氧气管道，由于其他阀类存在摩擦易产生静电起火，所以采用大口径不锈钢截止阀。

　　FESTO电磁阀已经并投入使用，然而美国石油学会指导性文件API 615《阀门选用指南》对截止阀的选用是这样描述的：“虽然大口径和高压力等级也可能是合适的，但压力等级为150磅级的标准截止阀适合的公称尺寸不过NPS112，300磅级时不过NPS110和600磅级时不过NPS18。”

　　一、 FESTO电磁阀的工作原理

　　截止阀阀杆一般都做旋转升降运动，手轮固定在阀杆顶端。当顺时针方向旋转手轮时，阀杆螺纹下旋，阀瓣密封面与阀座密封面紧密接触，FESTO电磁阀达到关闭状态;当逆时针方向旋转手轮时，阀杆螺纹上旋，阀瓣密封面与阀座密封面脱开，FESTO电磁阀开启。