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机械工业
提高超高压卸压阀寿命的研究
超高压技术是指利用大于100MPa 的压力处理材料,使其达到人们所需要的目的的一门新技术。目前该技术已广泛应用于超硬材料制造、化学工业、石油化工、加工技术、等静压处理、超高静压挤压、粉末冶金、金属成形以及地球物理、地质力学研究等领域。超高压卸压阀在系统中的作用是控制卸压,是超高压系统少有的几个活动最频繁的部件之一,不仅要求运动灵活、密封性好,而且要求耐高压、耐热、耐冲击、耐磨损等。其性能直接影响系统工作的可靠性、安全性、工作效率和使用寿命。国内现有超高压卸压阀的寿命很短,300MPa 以上工作的卸压阀寿命长的有十余次,短的仅2 到3 次,甚至有的只能用一次。目前卸压阀成了严重阻碍我国超高压行业发展的“瓶颈”问题。 本研究从调查现有超高压设备的卸压阀使用状况和破坏现状入手,总结了超高压卸压阀的主要失效形式:阀芯的变形、断裂、碎裂、密封面出现沟槽、凹坑,密封环及其附近烧伤,并分析了主要失效机理及其影响超高压卸压阀寿命的因素。  根据影响程度、卸压阀的性价比及现有实验条件等,通过实验着重研究了影响超高压卸压阀寿命的四个因素:材料种类、硬度、密封面粗糙度、冲蚀角。实验结果表明:材料的种类对阀芯的寿命影响最大:45 号钢的寿命明显低于其余两种合金钢阀芯的寿命,GCr15 的寿命次之,高速钢W18Cr4V 阀芯的寿命最长;材料的硬度对阀芯寿命的影响很大,随着材料硬度的提高,阀芯寿命有着大幅度的提高;密封面粗糙度对阀芯寿命影响:Ra 值在1.6~0.4μm 范围内不大,但总的趋势为密封面粗糙度数值越小,寿命越长,Ra>1.6μm 时,会大大降低阀芯的使用寿命;密封面锥度在40°~60°(既冲蚀角为20°~30°)之间对阀芯的寿命影响不大。  概括总结出以下结论:1、提高超高压卸压阀密封副的加工精度及表面粗糙度可以提高阀芯的寿命,比如,阀芯圆柱面与锥面的同轴度≤0.005mm,密封面圆跳动≤0.005mm;粗糙度Ra≤0.8μm;2、硬度的高低对阀芯的寿命有一定影响,但不是决定阀芯寿命的绝对因素,不同的材料在同一硬度下,具有抗磨性和红硬性的材料可以延长阀芯的寿命;3、选择合适的密封比压,使用力矩扳手进行锁紧,避免阀芯与阀座挤压损伤。4、实现卸压阀的控制自动化,开合迅速,减少小间隙大冲力作用时间。5、在卸压阀处加冷却装置,提高阀的使用寿命。  利用正交实验对阀芯(GCr15)参数—硬度、锥度和粗糙度进行了优化,采用优化后的参数加工的阀芯用于800MPa-15L 的超高压中试设备,在700 MPa 以下不同压力下已工作60 次(6 月1 日前)仍然正常,比出厂卸压阀寿命提高了10 倍以上。 
领 域:
关键词:
硕士论文
《西北农林科技大学》 2005年硕士论文

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