Литой корпус клапана: анализ ключевых моментов

I. Введение
Литой корпус клапана – это основной компонент клапана, работающий под давлением и отвечающий за регулирование расхода, потока и направления потоков жидкостей (воды, нефти, газа, химических сред и т. д.). Он должен выдерживать давление среды и коррозию. Он широко используется в муниципальных трубопроводах, нефтехимической промышленности, энергетике, водоподготовке и других отраслях. Качество литья напрямую определяет герметичность и срок службы клапана.

II. Основные понятия
Корпус клапана, изготовленный методом литья под давлением (литье под давлением расплавленного металла), вместе с диском, штоком и уплотнениями образует узел управления потоком жидкости. Его основные функции включают в себя выдерживание давления среды (сопротивление воздействию среды на корпус), формирование канала для жидкости (направление потока среды), позиционирование внутренних компонентов (фиксация диска и уплотнений) и обеспечение герметичности (предотвращение утечек среды).

III. Основная конструкция
Корпус клапана: основной компонент, работающий под давлением. Толщина стенки клапана рассчитывается в зависимости от давления рабочей среды (≤6 мм для низкого давления, 10–20 мм для среднего и высокого давления). Места концентрации давления (например, дно полости клапана и изгибы) утолщены для предотвращения деформации и растрескивания. Канал потока: Проход рабочей среды через корпус клапана. Он должен быть гладким и без мертвых углов (шероховатость Ra ≤ 6,3 мкм) для минимизации сопротивления жидкости. В зависимости от типа клапана он может быть прямолинейным (задвижка), угловым (запорный клапан) или Т-образным (трехходовой клапан).
Присоединение: Конструкция, взаимодействующая с трубопроводом. Распространенные варианты включают фланцы (с отверстиями для болтов, подходят для среднего и высокого давления), резьбовые (подходят для низкого давления и малых диаметров) и сварные соединения (подходят для герметизации при высоком давлении). Уплотнительная поверхность фланца должна быть плоской (плоскостность ≤ 0,1 мм/м). Полость диска/золотника: Полость, в которой размещается диск (или сердечник клапана). Внутренний диаметр полости должен точно соответствовать размерам диска (допуск IT8–IT9) для обеспечения герметичности в закрытом положении клапана.

Канавка для уплотнения: Расположена внутри соединения или полости клапана и используется для установки уплотнений (кольцевых уплотнений, прокладок) для предотвращения утечки рабочей среды.

IV. Распространенные методы литья

Литье в песчаные формы: Недорогой и гибкий процесс. Подходит для сложных конструкций (например, многоканальных корпусов клапанов) и корпусов клапанов большого диаметра (DN ≥ 100). Серый и ковкий чугун широко используются в производстве задвижек и клапанов для коммунального хозяйства.

Литье по выплавляемым моделям (литье по выплавляемым моделям): Высокая точность размеров (CT6–CT8), гладкая поверхность и снижение трудоемкости обработки. Подходит для труднообрабатываемых материалов, таких как нержавеющая сталь и жаропрочные сплавы, и используется в прецизионных химических клапанах (например, шаровых кранах и обратных клапанах).

Литье по газифицируемым моделям: подходит для корпусов клапанов сложной формы и неравномерной толщины стенок (например, трёхходовых клапанов). Отливки получаются без облоя и подходят для серийного производства корпусов клапанов из ковкого чугуна и нержавеющей стали.

Литьё в металлические формы: высокая производительность и высокая плотность литья. Подходит для серийного производства корпусов клапанов из алюминиевых сплавов малого диаметра (например, шаровых кранов для водопроводов низкого давления). Однако стоимость форм относительно высока. 5. Выбор материала
Серый чугун (HT200, HT250): низкая стоимость и отличная износостойкость. Подходит для низкого давления (≤1,6 МПа), температуры окружающей среды и неагрессивных сред (например, чистой воды и окружающего воздуха). Используется в коммунальной арматуре низкого давления.
Ковкий чугун (QT450-10, QT600-3): высокая прочность и превосходная ударная вязкость. Подходит для среднего и высокого давления (≤4,0 МПа) и слабой коррозии (например, водопроводной воды и слабосоленой воды). Экономичная. Используется в промышленных задвижках среднего давления и шаровых кранах.
Нержавеющая сталь (304, 316L): Отличная коррозионная стойкость (кислотам, щелочам и солевым растворам). Подходит для химической и фармацевтической промышленности. 316L обладает повышенной стойкостью к межкристаллитной коррозии и используется в арматуре химических трубопроводов.
Литая сталь (ZG230-450, ZG310-570): Высокое давление (≤10 МПа) и ударопрочность. Подходит для условий высоких температур (≤400 °C) и высокого давления (например, паровые клапаны энергетических котлов и трубопроводная арматура). Медный сплав (ZCuSn10Pb5, ZCuZn38): Устойчив к низким температурам и легко обрабатывается, подходит для применения в системах низкого давления, таких как питьевая вода и газ (например, бытовые газовые клапаны и водомерные вентили), не подвержен ржавчине и загрязнениям.
VI. Ключевые моменты контроля качества
Внешний осмотр: Поверхность должна быть без трещин, микроотверстий (≤2 мм в диаметре) и воздушных раковин; уплотнительные поверхности должны быть без царапин и вмятин; соединительная резьба/фланцы должны быть без повреждений.
Контроль размеров: Диаметр проточной части, внутренний диаметр полости клапана и размеры соединений должны быть проверены с помощью координатно-измерительной машины для обеспечения соответствия проектным допускам; плоскостность уплотнительной поверхности должна быть ≤0,05 мм/м.
Неразрушающий контроль: Внутренние дефекты должны быть обнаружены с помощью ультразвукового контроля (УЗК); поверхностные трещины должны быть обнаружены с помощью капиллярного контроля (ПК для нержавеющей стали/литой стали) или магнитопорошкового контроля (МПК для ферромагнитных материалов) для предотвращения утечек, вызванных скрытыми дефектами.
Испытание давлением:

Испытание на прочность: Заполните корпус клапана водой и подайте давление, в 1,5 раза превышающее номинальное. Поддерживайте давление в течение 30 минут. Уплотнение считается удовлетворительным при отсутствии утечек и деформаций.

Испытание на герметичность: Закройте диск клапана и создайте в полости клапана давление, в 1,1 раза превышающее номинальное. Поддерживайте давление в течение 15 минут. Уплотнение считается удовлетворительным при отсутствии утечек на уплотнительной поверхности.

VII. Типичные области применения

Коммунальное применение: Корпуса задвижек водопроводных трубопроводов и запорных клапанов для очистки сточных вод обычно изготавливаются из серого или ковкого чугуна, что повышает их экономичность и водостойкость.

Химическое применение: Корпуса шаровых кранов для кислотных и щелочных трубопроводов, а также обратных клапанов, устойчивых к коррозии, изготавливаются из нержавеющей стали марки 316L, обеспечивающей высокую коррозионную стойкость.

Энергетическое применение: Корпуса задвижек паровых котлов и высокотемпературных конденсатоотводчиков изготавливаются из литой стали, что обеспечивает устойчивость к высокому давлению и температуре.

Бытовое/коммерческое применение: Корпуса газовых клапанов и шаровых кранов для водоочистных установок изготавливаются из медного сплава для обеспечения безопасности и коррозионной стойкости, что делает их пригодными для использования в условиях низкого давления.
VIII. Заключение
Для литья корпусов клапанов требуются соответствующие материалы и процессы, соответствующие характеристикам рабочей среды и номинальному давлению. Ключевым моментом является баланс между устойчивостью к давлению, герметичностью и коррозионной стойкостью. В перспективе: модернизация материалов (использование сплавов с высокой коррозионной стойкостью), совершенствование технологических процессов (снижение трудоемкости обработки) и снижение веса (использование алюминиевых сплавов/композитных материалов для систем низкого давления) для обеспечения эффективного и экологичного управления потоками.