耐冲刷抗腐蚀高压节流阀及组合式阀芯的生产方法与流程

本发明涉及一种高压节流阀和组装生产方法，属于输气管网控制设备的技术领域，具体地说是一种耐冲刷抗腐蚀高压节流阀及组合式阀芯的生产方法。它特别适合在20MPa以上的高压输气管道上安装使用，具有承压能力高、耐冲刷抗腐蚀性能强、运行安全稳定、工作寿命长的突出优点。

背景技术：
我们知道，对天然气进行高压输送作业是提高输气管网设备承运效能的一种最佳集输方式，它是将天然气升压后输送至目的地、再经过专用的节流调压设备进行减压作业使其降低至额定气压，然后再向用户输送压力合格的天然气供安全使用。节流阀就是一种配装于输气管道上对输送介质进行调控作业的专用设备，它在运行过程中，既要接触具有腐蚀性的气体介质，又要承受高压高速运动气流的冲刷气蚀作用，尤其是在20MPa以上的高压输气管道上进行调控作业时，它的工况将会更为恶劣。据调查了解：在现行输气管网中普遍使用的是一种“以套筒、锥孔传统结构为节流部件”的节流阀产品。虽然这种传统结构的节流阀产品已在石化行业中成熟使用多年，但是，它在实际使用中却存在“抗腐蚀耐冲刷性能差、有效工作寿命较短”的技术性缺陷，在运行过程中往往需要频繁停机进行维修或更换节流部件，这会对输送生产作业造成较大影响，不仅降低了管网的输送效率，还极大地增加了输送运行成本。为了提高节流阀的抗腐蚀性能，现行阀门生产企业已开始选用具有较强抗腐蚀性能的奥氏体不锈钢材料来制作节流部件，它对增强节流阀的抗腐蚀能力进而延长工作寿命发挥了一定作用。但是，我们也无需讳言，这种采用奥氏体不锈钢材料制作节流部件的节流阀产品在20MPa以上的高压输气管道上的使用效果并不明显，这是由于奥氏体不锈钢材料自身硬度较低，在长时间高压差节流作业工况下抵抗高速运动气流冲刷气蚀作用的能力仍然较差，它的节流部件也容易被高速运动的气流冲蚀损坏而失效。近来，在国外和国内个别厂家开始偿试采用硬度更高的碳化物合金材料来整体制作高压节流阀的节流部件（包括阀套、阀芯、节流轴、阀座等）。无需置疑，从理论上来说，它对提高节流阀的抗腐蚀耐冲刷性能和延长工作寿命是会有一定技术效果的。但是，从节流阀内部结构和节流工作原理来看，节流部件在工作过程中却仅有阀座、阀芯下端面和阀套的阀口一小部分与气体介质接触会受到冲蚀作用，而绝大部分并不接触高速流动的气体介质，也不会受到冲蚀作用而损坏。由于碳化物合金材料在目前市场上的价格是极其昂贵且稀缺的，客观地说，这种采用昂贵的碳化物合金材料整体制作节流部件的生产方式也是极不经济合理的，它会毫无价值地过多耗用宝贵的碳化物合金材料，不仅造成宝贵的碳化物合金材料的巨大浪费，还会极大地甚至数倍地增加高压节流阀的生产成本，终因价格实在太贵而导致用户难以接受使用，事实上至今也未见到在输配送天然气行业中有关使用情况的文献资料报道。这是我国现行高压阀生产企业和天然气输送管理部门长期以来一直希望解决的一个重大技术性课题，本发明正是要解决这个问题。

技术实现要素：
本发明的目的旨在克服现有技术的不足之处而提出一种能承受高压高速气流冲刷、运行安全稳定、工作寿命长、生产成本相对较低的耐冲刷抗腐蚀高压节流阀及它的组合式阀芯的组装生产方法。本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：本发明提出的一种耐冲刷抗腐蚀高压节流阀，它包括阀体、阀盖、配装于阀腔内的阀座、组合式套筒、组合式阀芯和连接于组合式阀芯的阀杆，其特征在于：所述的组合式套筒由上筒体和设置有一组阀口的节流套组成，在上筒体底端设置有凹形环槽，在节流套顶端设置有与凹形环槽相适配的凸环，节流套的凸环紧配嵌装于上筒体的凹形环槽内构成组合式套筒整体结构，所述的组合式阀芯由上芯体、节流芯和销轴组成，在上芯体底端设置有圆柱孔，节流芯顶端的凸柱紧配于上芯体底端的圆柱孔内并由销轴紧固连接构成组合式阀芯整体结构，组合式阀芯的上芯体滑配于组合式套筒的上筒体内，组合式阀芯的节流芯滑配于组合式套筒的节流套内，节流芯底部的节流锥轴置于阀座的节流孔内构成锥形通道节流结构。其显著的结构特点是：本发明有目的地优选具有极高耐冲刷抗腐蚀机械性能的材料来制作与高速流动气介接触的节流套、节流芯和阀座等零件，将节流套的凸环紧配嵌装于上筒体的凹形环槽内构成组合式套筒，用热压工艺将节流芯固定连接于上芯体再用轴销加固连接构成组合式阀芯并使节流芯的节流锥轴置于阀座的节流孔内构成锥形通道节流结构。它是按如下方式进行节流降压作业的：根据《输配送天然气管理规程》的技术要求，精确操作调节手轮并通过阀杆调节组合式阀芯的开启位置，高压高速气体介质由阀体的进口通道进入阀座的锥形通道内进行第一级节流，然后再进入节流芯下端面与阀座上端面之间的环形腔内拆流换向，再经节流套的一组阀口进行第二级节流后，即可由阀体的出口通道输出节流降压后的气体介质。需要说明的是：在上述整个节流降压作业全过程中，只有阀座、节流芯、节流套接触介质会受到高速气流的冲蚀作用，正是本发明有目的地优化选用具有耐冲刷抗腐蚀机械性能的材料来制作接触高速流动气介的节流套、节流芯等零件并采用独创的连接结构组装构成“组合式套筒”和“组合式阀芯”进行节流作业。它仅仅增加了节流套、节流芯和阀座一小部分材料费用成本（经测算：约为整套节流部件的15—20%），却可显著地提高节流阀产品的耐冲刷抗腐蚀性能进而极大地延长工作寿命。经试用表明：它仅增加一小部分材料费用就能完美地达到全部采用碳化物合金材料制作整体节流部件的使用效果，特别适合在石化行业20MPa以上的高压输气管道上安装使用，对进一步提高输配送管网承运能力、降低运营成本具有非常明显的技术效果，具有重大的节能减排社会环保效应和明显的经济效益。更进一步地说，它还具有如下技术特征：上芯体顶部设置有螺纹孔腔，所述的阀杆是由配装于螺纹孔腔内的紧定螺母固定压装连接于组合式阀芯的上芯体。在紧定螺母上还设置有用于安装阀杆的紧固组装工艺孔，这种结构设计特别方便于对阀杆进行安装或拆卸的操作。上芯体设置有与螺纹孔腔相通的上平衡孔、下平衡孔。这种结构设计能使上芯体处于等压受力状态，可使组合式阀芯在上下位移时更为轻便灵活，特别方便于调节阀口开度的操作。节流锥轴的锥角α控制为28°—35°。在实际生产时，可进一步将节流锥轴的锥角α优化为30°，这种结构设计对改善阀座节流孔内锥形通道的节流效果、降低气流振动噪音有一定作用。阀座的节流孔设置有第一锥孔段、第二锥孔段构成变径锥形通道节流结构。它能在节流孔内形成“锥孔—直孔”交替变径的锥形通道节流结构，对进一步增强节流效果、降低气流振动噪音也有一定作用。在阀座顶端面设置有燕尾形环槽，控制燕尾形倒锥角β为55°—65°。这种结构设计能在阀座顶端面与节流套底端内倒角之间形成嵌装密封圈的燕尾形环槽结构，对进一步提高节流阀产品的密封性能具有明显的技术效果。可将节流套底端的内倒角设置为60°，它能与阀座顶端面设置的燕尾形倒锥角配合形成嵌装密封圈的燕尾形环槽结构，可使密封圈在燕尾形环槽内处于三面平稳的良性受力状态，这种结构设计对提高密封圈使用寿命并达到“零泄漏”密封效果具有明显的技术效果。所述的节流套、节流芯和阀座是采用硬质合金LQ20材料制成。本发明有目的选用具有极高抗腐蚀耐冲刷机械性能的硬质合金LQ20材料（它的洛氏硬度HRA≥88.0、抗弯强度≥2000MPa）制作接触高速流动气介的节流套、节流芯和阀座零件，而分别与节流套、节流芯相配的上筒体、上芯体因不与高速流动气介接触则是采用普通的奥氏体不锈钢材料制成，这种经济科学合理的材料优化搭配结构具有节约合金材料资源、节能减排降低成本的社会环保效应。对提高节流阀产品的耐冲刷抗腐蚀性能、延长工作寿命、降低生产运行费用具有显著的技术效果。一种耐冲刷抗腐蚀高压节流阀的组合式阀芯的生产方法，其特征在于它是按下述步骤进行的：①备取零件：采用奥氏体不锈钢材料金加工制作上芯体、销轴零件；采用硬质合金LQ20材料制作的节流芯零件，检测上芯体底端的圆柱孔与节流芯顶端的凸柱的过盈配合公差尺寸，对检测合格备取的零件表面进行清洁处理，②加热上芯体：将备取的上芯体零件浸入高温油液介质中进行加热，③热压组装：从高温油液介质中取出已加热的上芯体零件，将节流芯顶端的凸柱趁热压装于上芯体底端的圆柱孔内形成过盈配合结构，④激光打孔：待冷却后，用激光机在上芯体的圆柱孔与节流芯的凸柱配合处打制销孔，⑤装销焊接：将销轴敲入配装于销孔内构成销连接结构，再用焊连接方式将销轴两端焊接固定于上芯体的销孔内壁，即可构成组合式阀芯整体结构。更进一步地说，在上述“②加热上芯体”步骤中：控制高温油液介质的温度为120—150℃，加热时间为10—15分钟。本发明独创的这种组装生产方式确实具有工艺简捷、组装操作方便、焊接工艺性好、组合式阀芯连接牢固不易松脱的突出优点。本发明同现有技术相比具有如下突出的实质性特点和显著进步：本发明首创...