大型球阀制造技术研究及应用

虞圣群，王龙

（浙江绿洲制冷设备有限公司，浙江 台州 318000）

球阀是抽水蓄能机组及高水头电站的重要构成部分，制作工艺复杂、专业性强，为保证球阀制作质量，为其作用的充分发挥奠定基础，需要技术人员认真分析球阀应用要求，把握各制造环节质量及参数。

1 大型球阀制造整体分析

（1）球阀结构。球阀由阀体、活门两重要部分构成，采用整体式钢板成型焊接结构，其中阀体分为两个部分，活门装入后进行焊接，因此，焊接完成后无法拆卸。

（2）技术难点。抽水蓄能机组对球阀各项性能要求较高，要求故障发生率低、性能稳定、密封优良、耐高压性能良好等。本文制作的球阀焊接量大、焊接接头多、尺寸规格大，因此，保证焊接质量与精度难度非常大。焊接过程中应认真做好以下内容：严格控制球壳的压制成型精度；球阀装配尺寸应精准；严格控制焊接变形情况。

2 大型球阀构件质量及参数的控制

2.1 球壳成型质量控制

为保证球壳成型质量应注重球壳分瓣、球壳成型、单瓣整体模压成型及点压成型等操作。（1）球壳分瓣。一方面，保证焊缝分布的合理性。为避免阀体经向圆弧长度变小，引起壳体变形、翘曲，应严格控制环缝。同时，为防止接头部位应力集中，出现焊接缺陷焊，应防止焊成“丁”字接头。另一方面，严格控制分瓣大小。当分瓣较小，会大大增加焊接劳动量，且出现不良接头的机率较高。如分瓣较大对成型压力、喉高以及柱距要求较大，应用的钢板规格大，增加投入成本。究竟如何分瓣需在认真分析阀体的情况下决定。（2）球壳成型。该球阀壳体单瓣具有较大的展开尺寸，规格参数为：90mm×2600mm×3700mm，因此，为保证成型质量及精度满足要求，选择工艺时应综合考虑经济性、安全性以及应用设备的能力。（3）单瓣整体模压成型。采用单瓣整体模压成型，成型精度有保证，但需应用大尺寸模具以及满足要求的设备。然而成型较大规格的球壳，需投入大量资金，而且磨具的通用性差。确定设备能力是否满足需要时，可借助专业公式进行计算。同时，综合分析得知，冷压成型、热压成型均需投入较大成本。（4）点压成型。采用点压成型经济性良好，可很好的克服整体模压成型的缺点，即点压成型主要应用小尺寸磨具，通过移动方式完成局部的成型，最终完成整个成型作业。但该种成型方式对精度控制的水平要求较高，即，针对同一点需多次渐进成型，才能达到图纸尺寸要求。另外，考虑到成型工件局部因受压会发生变薄现象，因此，应适当提高壳体厚度，并考虑使用大吨位油压机，并适当增加上、下压模的直径。

2.2 装配尺寸精度控制

控制装配尺寸精度时做好活门与阀体精度的控制尤为关键。其中活门装配时上、下游固定密封环把合面尺寸、阀座位置尺寸精度的控制尤为关键。把合面轴线垂直于阀轴轴线且经过球阀中心，如出现较大偏差，不仅造成该面外圆和平面无加工量，而且把合面的中心处于柱面上，借助铆工划线装备控制形位公差的难度较大，因此，考虑到数控机床具有高精度定位功能，粗加工活门阀轴时可将该面的装配基准加工出来，而后进行二次装焊。

阀体为空间球面，检测装配尺寸的难度较大，为控制装配精度可考虑依据其轴截面制作平面圆弧立体装配样板，将样板至工件的间距设置好，装配过程中对间距进行检测，以控制装配精度。另外，壳体为对称两半，装配时为保证精度还可采取以下措施：一方面，做好分半合缝面错口的控制。另一方面，壳体焊后再进行阀座的装焊。同时，坡口装配加工时应确保圆心投影处在壳体分半面圆心上，确保两阀座轴线经过壳体球心，并垂直于球阀的上、下游法兰轴线，防止活门发生偏心现象。除此之外，考虑到纬向焊缝会发生纵向与横向两个方向上的收缩，导致阀体半径变小，因此，应综合分析球壳的坡口间隙、板厚、直径预计收缩量，并做好焊接反变形量预设工作。

2.3 焊接变形质量控制

控制焊接变形时，应做好阀体、球阀阻焊变形的控制。一方面，控制阀体变形可采取的措施有：应用气体保护焊，其能量集中，焊接效率高，可有效防止焊接变形；注重焊接工序的优化，即，采用分段、对称退步焊方式，保证焊接顺序的合理性，确保对称位置具有相同的焊接增长量；将分瓣对接坡口设计成非对称双V型，并将内外厚度比例控制在合理水平。另一方面，球阀阻焊时考虑到阀体横向无拘束，焊接时收缩自由，容易导致阀体阀座和阀座挤压。为防止这一情况的发生，可采取以下控制措施：在跨分半环缝位置通过增加工艺固定块，对环缝进行控制；确定合理的焊接反变形量。

3 大型球阀的加工及装配

3.1 阀体的加工

阀体采用钢板点压阻焊结构，形状不规则，因此，为保证装配质量，加工阀体时应注重以下内容的落实：一方面在阀体分半面外侧焊L型工艺定位块，交错施焊长短工艺定位块。该过程和阀体钝边止口的加工同步进行。另一方面，在阀体轴孔和活门轴间安装工艺定位钢套，实现对组圆期间活门位置的固定，防止退火后球阀变形。同时，加工完成后结合具体加工尺寸配车定位钢套，并将配车间隙控制在合理水平，不能太大。

3.2 组装与阻焊

将工艺定位钢套安装在一半阀体之上，将阀体轴端调整至向下，借助千斤顶顶起后加以固定。而后进行活门的吊装，将一端轴插入到阀体的轴孔之中，将活门高度参数调整至设计要求。活门调整至全关位置后，在密封面位置焊L型固定块，保证阀体与活门牢固固定。同时，依据阀体外侧工艺定位块和钝边止口，完成另一半阀体的安装。

3.3 球阀整体的加工

对阀体进行整体阻焊后，退火操作应整体进行。退化后应一起加工活门和阀体，确保活门同轴度。

3.4 轴阀与活门轴的加工

该球阀活门轴间的同轴度加工要求较高，考虑到阀体为一个整体不能拆卸，因此，加工时需一次满足设计要求。为确保加工质量，所有加工面的基准应统一。实际加工中可在阀体上、下游外侧设置合适数量的工艺块，认真测量后，确定阀体和活门的中心位置，将此中心作为基准，并在立车上将工艺块车修一个基准平面，以后的加工都依据该基准平面进行加工、找正。

另外，因活门轴和轴孔间拥有800mm深的单边间隙，一般刀具加工质量无法保证，因此，可设计专用工具在数控镗床上完成加工作业。同时，为防止加工期间刀架出现发颤情况，可使用板筋对刀架进行加固处理。另外，受自身重量影响，应用套筒刀架加工时应避免搭头情况的发生，即，加工作业时工作台与刀架分别做进给运动、旋转运动，便可较好的避免搭头。

3.5 球阀的装配

因球阀属于高水头球阀，承受的压力较大，而且密封要求较高，装配时除保证密封性能外，应保证各部件按照合理顺序装配到位。球阀装配时应注重轴端与主密封面的装配。

一方面，轴端装配。装配轴端时做好密封工作尤为重要，装配时可在轴头位置设置铜瓦与活门轴套，并在阀体轴孔接触面和铜瓦外侧设置两道O型密封，外侧和活门轴套接触位置设置一道U型密封。同时，在活门轴套环内侧和活门轴的端面、接触面均设置一道O型密封。采用这种密封结构，不仅方便铜瓦与活门轴套环的拆卸，而且可较好的阻止泥沙进入轴瓦。轴端完成装配后进行压力测试，以检查轴端密封以及装配质量情况，可使用3.78MPa的压力进行试验，保压时间30min，重复进行三次试验即可。另一方面，主密封面装配。装配主密封面时重点需要将活动密封环、阀体、导环三者的间隙控制得当，原因在于如间隙过大，则无法保证密封效果。如间隙太小，一旦活动密封环、导环变形，受加压影响活动密封环达到平稳的难度较大。

除此之外，整体翻身时阀体的主密封面发生变形的机率比较大，因此，装配作业前应进行严格的测量，密封装配完成后同样需要进行三次的压力试验。

4 大型球阀的整体试验

所有装配工作都完成后，需要对球阀做整体压力以及操作试验，以及时发现与处理装配过程中出现的不良问题。一方面，做压力试验时，将密封环置于开启位置，给两试验盖间加压7.36MPa，维持30min后，降压4.91MPa，维持30min，而后降低压力至0。向上游密封环关闭腔以及上游密封环和上游试验盖内腔加压5.89MPa，维持30min后降压至零。另一方面，操作试验时，用行车做球阀全关至全开的操作，确保在全行程范围内阀的动作平稳，不能出现卡阻、冲击、振动。通过介质压力做密封环的操作试验，确保密封环动作平滑。

5 结语

本文通过对大型球阀制造技术研究及应用进行探讨，得出以下结论。（1）为保证大型球阀制造工作的顺利进行，制造前应明确制造要求，分析制造技术难点，采取措施攻克技术难关，以保证大型球阀制造质量。（2）大型球阀构成元件多，制作技术性强，要求技术人员严格控制各元件制造参数。同时，装配时应加强现场管理，确保装配工作符合规范及设计要求。（3）装配工作完成后应做压力与操作试验，以及时发现与处理存在的不良问题，为大型球阀更好的应用奠定坚实基础。

[1] 尹襄,周小南,夏晓珅,张远松.大型球阀制造技术研究及应用 [J]. 东方电机 ,2009,37(02):15-25.

[2] 邬佑靖.现代先进技术在大型管线球阀国产化中的应用[J]. 通用机械,2011，(01):52-56.