发布日期：2017-03-12 17:20:37 浏览次数:
摘 要 制冷系统中，阀门起着至关重要的作用。通过对制冷阀门常见故障的调查分析，借鉴国内外知名品牌与高压阀门的设计思路，东冷阀门在材料、工艺、密封、阀瓣连接与固定、承压能力等方面进行了技术革新。使产品在密封性能、耐磨性能、压力等级、可靠性等方面均得到了较大幅度的提高，为制冷系统的安全高效运行，提供了可靠保障。
关键词：铸钢阀 焊接阀 锻钢阀 气孔 应力 密封
0 引言
制冷系统中阀门起着至关重要的作用，阀门启闭的灵活性、可靠性，直接影响着制冷系统的技术性能，而阀门的防泄漏性能，则影响着制冷系统的经济性与安全性。
根据济南某制冷设备公司的数据，2014年该公司的客户中有6家发生了阀门泄露，仅补充氟利昂的直接费用就超过了30万元，而由于氟利昂泄漏造成的商品损害及停产损失则更大。
1980s年代宁波地区制冷系统十余次较大的事故中，有四起是因阀门阀芯卡死、关闭不严、阀盖断裂、法兰断裂引发的爆炸【1】。
2004年6月，湖北某化工厂因加氨阀门压盖破裂，填料滴漏液氨，造成大量液氨喷泄【2】。这些漏氨、爆炸事故，给制冷系统人员、设备安全造成了重大影响。
国家质量监督检疫检验总局2014年第四季度抽查了75家企业的78批次阀门产品，共有14批次不合格【3】。为保障制冷系统的可靠性与安全性，许多制冷系统选用了进口阀门，但昂贵的价格给企业带来了沉重的负担。相对于制冷压缩机等核心部件与自动控制阀门等精密控制部件，一般的手动阀门并无太高的技术门槛，只要进行技术改进并加强生产管理，国产阀门完全可以满足制冷系统的要求。
１．阀门常见问题与改进措施
1.1铸钢阀阀体砂眼、气孔
铸钢阀是制冷系统中主要采用的阀门之一。铸造阀的主要问题是砂眼与气孔。尽管现代铸造技术可以将炉料中的气体在融化之前利用真空泵抽出，熔炼过程中也可维持高真空度，但由于铸件凝固区间较窄，型导热能力强，使得凝固速度很快。充填过程中卷入的气体将无法及时从排气孔或浇口内排出，最终在铸件内形成气孔。
2014年，长庆油田技术检测中心共检验各类阀门170284只，其中外观检测不合格2817只，主要有砂眼、气孔、裂纹、机械损伤、缩孔等【4】。
铸改锻是阀门行业的发展趋势【5】。东冷锻钢阀，是利用3000t锻压机，通过锻造消除金属的铸态疏松、焊合孔洞，其机械性能远远优于同样材料的铸件。并消除铸件存在的砂眼、气孔、缩孔等隐患。
东冷锻钢阀已获国家专利，专利号：zl2014 3 0386552.1
Zl2014 3 0386550.2
Zl2014 3 0386548.5 。
1.2焊接阀残存应力
与铸造阀门相比，焊接阀门刚性差，承压后的弹性变形影响密封性能，耐磨性较差。此外，焊接过程中正火处理不当，会存在残余焊接应力，将影响到阀门工作的性能。
东冷锻钢阀，通过锻造金属材料性能提高，刚性、耐磨性好，不存在残余应力。
1.3阀杆泄漏
阀杆泄漏是制冷系统中最常见的问题，由于反复开关，阀杆与填料之间产生摩擦，填料磨损引起泄漏。减少阀杆泄漏除选择密封性能优良、耐磨性能良好的填料之外，填料的加工精度、装配压紧度等也是阀门设计的关键。东冷阀门采用柔性四氟石墨填充料，密封性能好，自润滑、耐磨损。
1.4阀瓣脱落
传统的制冷阀门，阀瓣利用销钉与阀杆底部环形凹槽连接，长时间使用，销钉会由于磨损、松动，导致阀瓣脱落。东冷阀门阀瓣与阀杆之间采用轴承连接，提高了连接强度，减少了摩擦阻力，可有效防止阀瓣与阀杆脱落，延长了阀杆与阀瓣的使用寿命。
1.5阀瓣密封圈脱落
目前制冷阀门阀瓣一般采用聚四氟乙烯密封，聚四氟乙烯密封圈镶嵌在阀瓣底部的环形凹槽中，长时间应用后，密封圈会出现脱落。东冷阀门在阀瓣密封圈下部增设了螺纹挡圈，确保密封圈不会脱落。
东冷阀门的阀瓣连接技术已获国家专利，专利号：zl200720022713.3。
1.6阀杆结冰
制冷系统中在低于0℃工况下工作的阀门，阀杆处结冰是不可避免的。对于始终处于低温工作的阀门，阀杆结冰也无大碍，但对于热气融霜管路上的阀门。在正常制冷时，阀杆结冰，热气融霜时，冰融化。这时，若阀门处于关闭状态，阀杆处会有水分渗入。当阀门再次低温工作时，阀杆与填料之间就会结冰。填料结冰时，开关阀门会造成填料的破坏，这是制冷系统阀门阀杆泄漏的主要原因。现在市场供应的阀门，大多是按照国标《氨用截止阀和升降式止回阀》GB/T26478—2011生产的，其设计工作温度不低于-30℃，且阀杆外露，属于保温的薄弱环节。东冷阀门采用长颈阀盖结构，可增加阀门的保温厚度，使阀杆填料远离阀体中介质，处于相对较高的温度区，减少结冰及由此引起的填料破坏，减少泄漏。
1.7分配站阀组应力破坏
制冷工程安装中最困难、最易出现泄漏的部位是分配站。由于阀件多、间距小，焊接变形无法避免。对于铸造阀，因其是法兰阀，分配站制作时，必须先焊接、后组装。由于分配站集管在焊接时产生的热变形，使得按统一长度下料焊接组装的各分支阀件长度无法满足集管变形后的长度要求。组装时，只有依靠法兰螺栓进行紧固，结果分配站法兰、焊口拉裂的事故时有发生。而分配站处阀件密集，一旦出现泄漏，维修非常困难。流体管件焊接阀门由于尺寸较大，有时无法满足分配站焊接要求。
东冷锻钢阀门为焊接阀门，阀体尺寸小，焊接连接，可通过改进分配站各分支阀件的焊接顺序、有效缓解因集管焊接变形带来的影响。
1.8-30℃以下蒸发温度制冷阀门难觅
食品冷冻冷藏行业是制冷技术最主要的应用区域。食品的腐败变质主要是由微生物的生命活动和食品中的酶所进行的生物化学反应造成的。微生物的繁殖以及酶的作用需要有适当的温度条件，冷冻冷藏的原理就是在低温条件下，微生物丧失活力、酶的作用受到抑制。为了延长货架期，提高储藏品质，食品冷藏温度有越来越低的趋势。我国早期的低温库温度一般为-18℃，对应的制冷系统蒸发温度为-28℃。因而国标《氨用截止阀和升降式止回阀》GB/T26478—2011规定， 球墨铸铁类阀门与流体管件焊接类阀门的使用温度均不低于-30℃。但现在很多冷藏企业的低温储藏温度达到了-25℃ ～-35℃，其制冷系统对应的蒸发温度达到-35～-45℃，而速冻机的蒸发温度往往达到-45℃～55℃。在这样的温度下，按现行国标生产的阀门显然无法满足要求。东冷阀门采用锻造技术，其材质与工艺均能满足现有制冷系统的要求。
1.9铸钢阀存在缩孔流动阻力大
液态合金属从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中体积和尺寸都会存在不同程度的减少的现象，铸件会产生许多缺陷：缩孔,裂纹，变形残余应力等。由于缩孔，阀门的流动阻力大，增加了制冷系统的能耗。东冷锻钢阀门不存在缩孔，在设计上，又提高了阀瓣的开启高度，增加了阀体的流通截面，使得制冷剂的流动阻力更小，更节能。
1.10二氧化碳制冷系统无专用阀门
由于CFCS对大气臭氧层和大气变暖的影响，保护环境、实现CFCS替代成为全世界共同关注的问题。作为环镜友好型的自然工质，CO2重新受到重视，国内外都已建成大量成功案例。但与传统的制冷系统相比，二氧化碳制冷系统的工作压力较高, 其亚临界循环压力达在4MPa左右。按照国标《氨用截止阀和升降式止回阀》GB/T26478—2011的规定， 球墨铸铁类阀门与流体管件焊接类阀门的工程压力为PN25。原有的氨、氟用制冷阀门无法满足二氧化碳制冷系统的要求。东冷牌制冷阀门已获得山东省技术监督局颁发的B1、B2级生产许可证，可生产PN25、PN40、PN63 三个级别的阀门生产许可证，可以满足二氧化碳及其他制冷系统的需要。元件组合、过滤器获得山东省技术监督局B级生产许可证。
1.11双阀头安全阀
随着安全意识的逐步提高，安全法规也越来越严厉。欧美等发达国家制冷系统均采用双阀头安全阀门，预计我国不久的将来也会强制实行。山东省青州市东方制冷设备厂在国内率先研发生产了双阀头安全阀，获得国家技术监督局颁发的A2级生产许可证，可生产PN63压力等级的安全阀。保证了制冷系统更安全、更放心。
2．结束语
制冷系统中，阀门起着至关重要的作用。经过二十六年的不懈努力，通过对制冷阀门常见故障的调查分析，借鉴国内外知名品牌与高压阀门的设计思路，东冷阀门在材料、工艺、密封、阀瓣连接与固定、承压能力等方面进行了技术革新。使产品在密封性能、耐磨性能、压力等级、可靠性等方面均得到了较大幅度的提高，为制冷系统的安全高效运行，提供了可靠保障。
参考文献：
【1】孔繁诚，四起由氨阀引起的重大事故与技术分析.《冷藏技术》 1990年第4期.22-23
【2】孙文件，一起氨泄漏事故分析。《劳动保护》 2005年第2期
【3】国家质量监督检疫检验总局.2014年第四季度阀门产品质量国家监督抽查结果. 《机械工业标准化与质量》 2015年第3期.51-52.
【4】陈飞、曹海平，阀门外观常见缺陷与评定。工业技术监督。2015（8）.11.
【5】喻兴娟 陈文勋等.阀门行业现状及铸改锻发展趋势的分析.
锻造与冲压.2015（13）.47-49.
【6】张富渊、黄永深.阀门的常见故障及维修策略探析.《科技创新与应用》 2015（23）.142
【7】吕延彬 郭睿.超低温阀门的结构优化设计. 《科技创新与应用》 2015年（10）.55-56.
【8】徐晨霞 夏媛.阀门密封结构设计中存在的问题及对策. 《科研》 2015年第9期.148.
【9】刘兴玉 胡靖元 等.阀门填料函计算方法浅析. 《机械研究与应用》 2014年（5）.160-161.
【10】梁强.低温阀门阀盖颈部温度场分析与结构设计. 《中国科技博览》 2014年（30）.389.
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