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泵閥知識

球閥閥杆斷裂技術分析

管線球閥是輸油輸氣管線中不可缺少的控製介質元件。某單位使用的一台進口管線球閥,在項目現場發生了閥杆斷裂事故,導致此台閥門無法正常使用 ,委托三精閥門進行維修。為了找到閥杆斷裂的首要啟事,特此進行了以下分析。

閥杆斷口位於O形圈槽與台階的過渡處,斷口麵比較平整(見圖1)。閥門經解體後發現:球麵有明顯的劃痕,並且有多處坑窩(見圖2);閥座上的O形圈已損壞,存在長約8mm的缺口(見圖3)。

圖1閥杆斷口形貌

圖2球體損傷部位

圖3閥座組件

1.過程分析

經解體後得知:此閥門結構為雙向閥座密封固定式球閥,首要由閥體、擺布連接體、閥杆、上下撐持板、球體、密封圈、履行機構等構成;密封副由閥座組件上的O形圈與球體球麵構成;球體由上下兩個撐持板撐持,通過旋轉履行機構帶動閥杆轉動,從而實現球體的90°旋轉,並通過進出口兩端閥座與球體的密封 ,實現接通和截斷介質的目的。

這類結構形式的閥門特點是:閥門為筒狀體、固定球結構,閥座采用雙座雙向自密封結構,同時有預緊彈簧,保證密封可靠和主動泄放腔中過高壓力的功能;閥門內置有撐持板 ,球體通過上下撐持板固定於閥腔當中,大大減小閥杆的受力情況 。當閥門在正常工作時,介質的密封力通過撐持板感化到連接體上,使得閥杆承受扭矩很小。

2.理化分析及無損檢測

(1)化學成分用光譜分析儀進行光譜分析,結果參見表1。

表1閥杆材料化學成分(質量分數)(%)

從以上數據分析可以得知:閥杆的材質符合ASTMA322對4130材料的要求。

(2)力學性能試驗斷裂閥杆加工成拉伸試樣,在WE—60型萬能材料試驗機上進行拉伸試驗,試驗結果見表2。

表2閥杆材料力學性能試驗數據

從以上試驗數據可以得知:閥杆的力學性能是不達標的。為了探究力學性能偏低的啟事,特此進行了微觀組織分析。

(3)微觀組織分析取樣部位為閥杆斷裂麵,金相觀察縱截麵金相組織為珠光體與鐵素體(見圖4),而且呈連續帶狀分布,帶狀組織達到5級(按GB/T13299—1991C係列評級標準)。組織中鐵素體晶界清楚可見,珠光體帶寬窄不一,見圖5。

圖4閥杆截麵金相組織100×

圖5淬火+回火後試件金相形貌500×

從圖4明顯看出:鐵素體和珠光體呈帶狀交替分布,呈現出較為明顯的帶狀組織,內部組織極不均勻。低合金鋼經調質處理後,內部應分布較為均勻的回火索氏體組織。圖5為試樣經公道工藝進行調質處理的金相組織。

(4)表麵硬度檢測閥杆在HB—3000型布氏硬度試驗機上檢測硬度 ,其表麵硬度190~207HBW,明顯偏低。

(5)無損檢測分別對斷裂閥杆按JB/T4730—2005的規定進行了磁粉和超聲波無損檢測,結果顯示:表麵及內部無超標缺陷。

3.扭矩及零件尺寸檢測

(1)扭矩檢測從頭加工閥杆並組裝後,對事故閥門進行了扭矩測試,結果見表3。

表3閥門扭矩測試數據

閥門的啟閉扭矩是隨著壓力的增加而不斷增大的,當壓力達到公稱壓力時,閥門的啟閉扭矩為300N•m,折算到閥杆上的扭矩值為2704N•m。經計算,設計扭矩應為270N•m擺布,實際操縱扭矩遠大於設計扭矩。為了進一步找到扭矩劇增的其他啟事 ,特此對此閥門的關鍵零件進行了尺寸檢測。

(2)零件尺寸檢測閥門解體後 ,用三坐標丈量儀分別對撐持板、閥體與連接體組件等關鍵零部件進行尺寸檢測 ,數據見表4。

表4閥門關鍵零部件尺寸檢測數據

對檢測數據進行分析得知 ,撐持板端麵與連體端麵存在較大間隙。上撐持板左邊間隙為1.53mm,右邊間隙為2.03mm;下撐持板左邊間隙為1.36mm,右邊間隙為2.17mm。

若撐持板端麵與連接體止口端麵間隙過大 ,則在介質力的感化下,撐持板會發生移動,將壓緊力傳遞到閥杆上,如許會使閥杆承受很大的扭矩和剪切力 。實踐證實:撐持板端麵與連接體止口端麵之間間隙為0.2~0.5mm時較為適宜。而此台閥門撐持板與連接體止口端麵的間隙遠超過0.5mm,在介質力的感化下,閥杆會承受較大的扭矩。

4.結語

造成此台管線球閥閥杆斷裂的首要啟事有:撐持板端麵與連接體止口端麵之間存在過大的間隙,尺寸超差;閥杆材料的熱處理工藝不當,導致閥杆的強度、硬度均低於標準值。

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