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工業(yè)生產(chǎn)中閥門閥桿斷裂原因及預(yù)防措施
發(fā)布日期：2024-12-10瀏覽量：780
一、閥桿斷裂現(xiàn)象
在工業(yè)生產(chǎn)中，閥門閥桿斷裂是一個(gè)不容忽視的問題。閥門閥桿斷裂一般發(fā)生在上下螺紋根部，此處截面積最小，易出現(xiàn)應(yīng)力集中及超標(biāo)現(xiàn)象。尤其當(dāng)工作條件較大地偏離設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，如某電廠曾多次發(fā)生 DN150 電動(dòng)閘閥開啟后閥桿梯型螺紋退刀槽處拉斷的事故。另一類閥桿斷裂事故則發(fā)生于開啟瞬間。表現(xiàn)為閘板尚未脫離閥座，閥桿即在上或下螺紋根部斷裂。其原因通常認(rèn)為是閘板卡住，這其實(shí)只是部分原因或次要原因。一個(gè)重要原因是閥體中腔關(guān)閉后的異常升壓，亦即閥門關(guān)閉后，封閉于上下游兩側(cè)密封面之間的中腔流體壓力遠(yuǎn)高于上游壓力的現(xiàn)象。
產(chǎn)生這種現(xiàn)象有兩種原因。其一中腔流體被上游流體加熱升溫發(fā)生膨脹，導(dǎo)致壓力劇烈升高。其二閘板關(guān)閉瞬間流體封閉于中腔，無法外流，中腔空間被閥桿進(jìn)一步擠壓，由于液體的可壓縮性十分有限，也會(huì)使壓力劇增，這一現(xiàn)象尤其易發(fā)生在發(fā)電廠的 Z962 類主給水閘閥上。同時(shí)，其異常升壓一般會(huì)成幾何級(jí)數(shù)增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過閥桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)極限。
二、常見斷裂原因分析
（一）設(shè)計(jì)與制造因素
1、螺紋根部設(shè)計(jì)問題
閥桿上下螺紋根部截面積小，這使得在使用過程中易出現(xiàn)應(yīng)力集中及超標(biāo)現(xiàn)象。尤其當(dāng)工作條件較大地偏離設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，這種問題更加突出。例如某電廠曾多次發(fā)生 DN150 電動(dòng)閘閥開啟后閥桿梯型螺紋退刀槽處拉斷的事故，這主要就是因?yàn)槁菁y根部截面積小，無法承受實(shí)際工作中的應(yīng)力。
2、表面處理問題
氮化處理是閥門制造中的常見工藝，但如果處理不當(dāng)，會(huì)對閥桿產(chǎn)生不良影響。氮化處理可能會(huì)使閥桿脆性增加，在使用過程中更容易發(fā)生斷裂。例如在一些案例中，經(jīng)過氮化處理的閥桿在工作一段時(shí)間后出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，氮化處理導(dǎo)致的脆性增加是一個(gè)重要原因。
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（二）安裝與調(diào)試因素
1、電裝行程調(diào)試過位
以某電廠為例，電裝行程調(diào)試過位，保護(hù)力矩過大引起了閥桿斷裂的事故。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，閥門的閥蓋預(yù)緊螺母松動(dòng)，閥蓋上移，閥桿螺母卡住，這種情況下，電裝行程調(diào)試過位，導(dǎo)致保護(hù)力矩超出了閥桿的承受范圍，從而引發(fā)了閥桿斷裂。
2、閥門行程裝配問題
閥門行程裝配過長或過短都會(huì)對閥桿產(chǎn)生影響。如果閥門行程裝配過長，閥桿密封斜面和閥芯銷釘壓和度增大，導(dǎo)致閥芯和閥座環(huán)密封過緊，閥桿受力增加容易疲勞。例如在天然氣處理站的閥門故障中，6 寸閥門行程太長，導(dǎo)致閥桿受力增加容易疲勞，從而發(fā)生斷裂事故。如果閥門行程裝配過短，閥桿密封斜面和閥芯銷釘壓和度不夠，導(dǎo)致閥芯和閥座環(huán)密封不緊，閥門容易內(nèi)漏。
（三）工作環(huán)境因素
1、中腔異常升壓
閥體中腔關(guān)閉后的異常升壓現(xiàn)象會(huì)對閥桿造成破壞。產(chǎn)生這種現(xiàn)象有兩種原因:其一，中腔流體被上游流體加熱升溫發(fā)生膨脹，導(dǎo)致壓力劇烈升高;其二，閘板關(guān)閉瞬間流體封閉于中腔，無法外流，中腔空間被閥桿進(jìn)一步擠壓，由于液體的可壓縮性十分有限，也會(huì)使壓力劇增。這一現(xiàn)象尤其易發(fā)生在發(fā)電廠的 Z962 類主給水閘閥上，同時(shí)，其異常升壓一般會(huì)成幾何級(jí)數(shù)增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過閥桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)極限。
2、溫差與壓力波動(dòng)
溫度和壓力波動(dòng)也會(huì)對閥桿產(chǎn)生影響。在溫差較大的情況下，閥桿容易發(fā)生熱脹冷縮，從而導(dǎo)致應(yīng)力集中，增加閥桿斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。例如在閥門冷態(tài)關(guān)閉熱態(tài)后再打開，由于閥桿受熱膨脹伸長使閘板進(jìn)一步壓緊，增大閘板的關(guān)閉力矩，導(dǎo)致閘板住，增加了閥桿斷裂的可能性。同時(shí)，壓力波動(dòng)也會(huì)使閥桿承受交變應(yīng)力，容易引起疲勞斷裂。
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三、預(yù)防閥桿斷裂的措施
（一）合理設(shè)計(jì)與選材
1、減少應(yīng)力集中
在閥門設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮閥桿的受力情況，避免在螺紋根部等截面積較小的部位出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如增加過渡圓角、減小螺紋根部的尖角等方式，降低應(yīng)力集中程度。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中要充分考慮工作條件的變化，確保閥門在各種工況下都能安全可靠地運(yùn)行。
2、選擇合適材料
選擇合適的閥桿材料是預(yù)防斷裂的重要措施。應(yīng)根據(jù)閥門的工作壓力、溫度、介質(zhì)等因素，選擇具有足夠強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性的材料。例如，對于高溫高壓的閥門，可以選擇15CrMo等高強(qiáng)度合金鋼材料，以提高閥桿的承載能力。此外，還可以對材料進(jìn)行表面處理，如氮化處理時(shí)要嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，避免因處理不當(dāng)導(dǎo)致閥桿脆性增加。
3、恰當(dāng)表面處理
在進(jìn)行表面處理時(shí)，要根據(jù)材料的特性和工作環(huán)境選擇合適的處理方法。例如對于需要提高耐磨性的閥桿，可以采用鍍硬鉻等處理方法，但要注意控制處理后的硬度，避免過硬導(dǎo)致脆性增加。同時(shí)，要確保表面處理的質(zhì)量，避免出現(xiàn)缺陷和不均勻現(xiàn)象。
（二）正確安裝與調(diào)試
1、嚴(yán)格按照規(guī)范操作
在閥門安裝過程中，要嚴(yán)格按照安裝規(guī)范進(jìn)行操作。確保閥門的安裝位置正確，連接牢固，密封良好。在調(diào)試過程中，要注意電裝行程的調(diào)試，避免過位導(dǎo)致保護(hù)力矩過大。以某電廠為例，電裝行程調(diào)試過位，保護(hù)力矩過大引起了閥桿斷裂的事故。因此，在調(diào)試過程中要仔細(xì)檢查閥門的各項(xiàng)參數(shù)，確保符合設(shè)計(jì)要求。
2、避免安裝問題
安裝過程中要注意閥門行程的裝配，避免過長或過短。閥門行程裝配過長會(huì)導(dǎo)致閥桿密封斜面和閥芯銷釘壓和度增大，使閥芯和閥座環(huán)密封過緊，閥桿受力增加容易疲勞;行程裝配過短則會(huì)導(dǎo)致密封不緊，閥門容易內(nèi)漏。例如在天然氣處理站的閥門故障中，6寸閥門行程太長，導(dǎo)致閥桿受力增加，容易疲勞，從而發(fā)生斷裂事故。
3、定期檢修與維護(hù)
定期對閥門進(jìn)行檢修和維護(hù)是預(yù)防閥桿斷裂的關(guān)鍵措施。通過定期檢查，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)閥門的潛在問題，如閥桿表面的磨損、裂紋等，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)或更換，避免問題進(jìn)一步惡化。同時(shí)，定期維護(hù)還可以保證閥門的密封性能和操作靈活性，延長閥門的使用壽命。
在檢修過程中，要對閥桿進(jìn)行全面檢查，包括螺紋根部、表面處理情況等。對于發(fā)現(xiàn)的問題要及時(shí)處理，如更換損壞的閥桿、調(diào)整行程裝配等。此外，還要對閥門的其他部件進(jìn)行檢查和維護(hù)，如閥芯、閥座、填料等，確保閥門的整體性能良好。
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