高压液压组合安全球阀关键技术研发及产业化

梁译文汪启元刘 帅吴若浦吴 怡马 勰马修水杨吉军（.浙大宁波理工学院；.宁波财经学院；.宁波天祥新华液压有限公司）

高压液压组合安全球阀具有流体阻力系数小、结构简单可靠、维修方便、开关迅速、不容易使密封面侵蚀与磨损、阀门口径可调范围大等优点，在国防、石油化工、医药等行业广泛应用。但是，随着液压机床、工程机械、冶金工程、海洋工程装备等高端市场的需求，对高压液压组合球阀安全性提出了更高的要求。长期以来，高端高压液压组合球阀生产技术受发达国家垄断，成为制约我国液压机床、工程机械、海洋工程装备等发展的瓶颈，急需进行技术攻关，解决“掐脖子”技术难题。

本文研究一种集球阀、截止阀、溢流阀功能于一体的高压液压组合安全球阀，对其结构设计、生产工艺、检测等关键技术进行攻关，实现产业化。

1 产品结构

该产品由球阀、溢流阀、截止阀组成，通过理论与实验研究气蚀与空化对球阀寿命的影响，对球阀、溢流阀、截止阀综合集成优化，提高了整机性能，产品结构如图1所示。

图1 产品结构

2 关键技术和主要研究内容

为了实现产品技术指标和产业化，需要解决产品结构优化、气蚀与空化危害分析、工艺设计及精度分配等方面关键技术，其主要研究内容：

（1）应用有限元软件，模拟阀门在应力场与温度场耦合作用下的密封比压分析与计算，运用ANSYS软件，进行目标驱动优化，分别对该组合安全球阀中的球阀、溢流阀、截止阀等阀体、阀座、阀芯、球体等结构的优化设计；运用Fluent软件，对不同阀芯开度下的磨损情况进行分析，综合分析结果，在MATLAB下绘制球体外镀层厚度对其结构强度影响曲线，设计镀层最佳厚度。

（2）球阀、溢流阀、截止阀综合集成优化，通过理论与实验研究气蚀与空化对球阀寿命的影响，优化整机性能。

（3）基于误差溯源、合成、分解、补偿和修正理论，合理地分配各部件、各工序加工误差，优化加工、装配工艺，设计产业化加工、装配生产线，购置关键加工、装配设备，研制部分专用检测设备和工装夹具。

（4）研发产品行业、企业标准，研制产品检测工艺，设计部分专用检测设备。

3 技术路线

3.1 总体技术路线

（1）理论分析仿真，对组合安全球阀中的球阀、溢流阀、截止阀等阀体、阀座、阀芯、球体等结构的优化设计，镀层最佳厚度分析设计。

（2）产品生产工艺设计。

（3）性能测试，改进产品设计，改进生产工艺。

（4）生产线设计，关键加工、装配、检测设备研制，生产线协调控制策略优化，生产线调试，批量生产。

3.2 理论分析与仿真

（1）应用有限元软件，模拟阀门在应力场与温度场耦合作用下的密封比压分析与计算，运用ANSYS软件，针对不同应用场景，进行目标驱动优化，分别对该安全球阀中的球阀、溢流阀、截止阀等阀体、阀座、阀芯、球体等结构的优化设计。

（2）运用Fluent软件，对不同阀芯开度下的磨损情况进行分析，结合分析结果，在MATLAB下绘制球体外镀层厚度对其结构强度影响曲线，设计镀层最佳厚度。

（3）通过实验验证理论分析的合理性，改进理论仿真分析，进一步优化设计。

3.3 工艺优化和生产线设计

基于误差溯源、合成、分解、补偿和修正理论，合理地分配各部件、各工序加工误差，优化加工、装配及检测工艺，设计产业化加工、装配、检测生产线，购置关键加工、装配设备，研制部分加工检测设备、专用工装夹具。图2为生产工艺流程。

由图2可见，高压液压组合安全球阀的制造主要分为两个部分并行工作，一个是阀体，另一个是阀芯。阀体要经过铣铝加工中心机加工后表面镀锌，而阀芯则需要车铣加工中心机加工，还要再进行热处理和表面镀锌，除此之外还需要把手和转动手柄配套件，最后将他们装配成完整的球阀并检测包装。

图2 生产工艺流程

为了实现产品研发及批量生产，需自制或购置部分加工中心、阀体加工设备、研磨机、密封性能测试仪等研发设备和检测设备。

3.4 产品标准研制

结合企业主持制定国家高压球阀行业标准契机，把项目研发的产品设计、工艺及检测技术成果融入到行业标准制定中，考虑行业标准的普适性，对产品设计、原材料及备件、核心工艺、运维服务等内容不能融入行业标准的核心技术纳入企业标准研制中，增强企业的话语权和行业地位。

4 产品主要技术指标

（1）P油口连接方式：直通螺纹式。

（2）公称直径：10、20、30mm。

（3）最大压力调节范围：63、100、210、330bar。

（4）安全阀结构：直动式溢流阀。

高压液压组合安全球阀研发及产业化主要创新点：（1）运用仿真软件仿真计算，对组合安全球阀中的球阀、溢流阀、截止阀等阀体、阀座、阀芯、球体等结构的优化设计。（2）对不同阀芯开度下的磨损情况进行分析，在MATLAB下绘制球体外镀层厚度对其结构强度影响曲线，设计镀层最佳厚度。（3）基于误差理论，优化加工、装配工艺，设计产业化加工、装配、检测生产线，部分关键检测设备研发。（4）产品行业标准和企业标准研发。