提高超高压卸压阀寿命的研究

摘要

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。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，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。　　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1.6～0.4um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700MPa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。

目录

文摘

英文文摘

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第一章文献综述

1.1超高压及超高压技术的发展及应用

1.1.1超高压概念

1.1.2超高压技术的发展

1.1.3超高压技术的应用

1.2食品超高压装置的发展现状及存在的问题

1.2.1食品超高压装置的国内外现状

1.2.2超高压设备发展中存在的问题

1.3本课题研究的目的及意义

1.4本课题研究的技术路线

第二章超高压卸压阀使用状况调查及失效机理分析

2.1超高压卸压针阀的使用

2.2超高压卸压阀的结构及工作环境

2.2.1超高压卸压阀的结构

2.2.2超高压卸压阀的工作环境

2.3超高压卸压阀的失效形式

2.4卸压阀阀芯的失效形式分析

2.4.1卸压阀阀芯断裂和碎裂的原因

2.4.2阀芯密封面出现沟痕和凹坑的原因

2.5提高超高压卸压阀寿命的措施

2.5.1影响超高压卸压阀寿命的因素

2.5.2提高超高压卸压阀寿命的措施

第三章超高压卸压阀阀芯寿命实验

3.1实验研究因素的选择

3.2影响超高压卸压针阀寿命因素水平的选择

3.2.1材料的选择

3.2.2密封锥面的粗糙度

3.2.3密封锥面的锥度

3.2.4材料的硬度

3.3阀芯的加工

3.3.1阀芯的结构

3.3.2加工工序

3.4实验

3.4.1阀芯寿命与其制造材料的关系

3.4.2阀芯寿命与材料硬度的关系

3.4.3阀芯寿命与密封面粗糙度的关系

3.4.4阀芯寿命与密封面锥度的关系

3.5结论

第四章用正交试验法优选阀芯的各种参数

4.1试验步骤

4.2试验数据分析

4.3试验验证

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

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