淺析燃?xì)庹{(diào)壓器零件材料的選擇

1、淺析燃?xì)庹{(diào)壓器零件材料的選擇于碧涌 段常貴（哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱150090）摘要：本文對(duì)燃?xì)庹{(diào)壓器的零件進(jìn)行了分類(lèi)分析，指出了各類(lèi)零件材料的選擇依據(jù)，提出了推薦采用的材料及其特性。關(guān)鍵詞：燃?xì)庹{(diào)壓器；材料；零件1 引言燃?xì)庹{(diào)壓器是燃?xì)庀到y(tǒng)中重要的設(shè)備之一，其功能是在燃?xì)庀到y(tǒng)工況發(fā)生變化時(shí)自動(dòng)地控制出口壓力，使之穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，并通常具有一定的安全保護(hù)功能。燃?xì)庹{(diào)壓器出現(xiàn)事故，會(huì)對(duì)后續(xù)的管道、設(shè)備和用戶造成極大的影響以至于破壞。由于燃?xì)庹{(diào)壓器是由多個(gè)零件構(gòu)成的，各個(gè)零件有各自的功能，工作條件也不盡相同，合理地選擇零件的材料對(duì)于實(shí)現(xiàn)調(diào)壓功能、延長(zhǎng)使用壽命和降低成本有著至關(guān)重要的意義

2、。 零件分類(lèi)燃?xì)庹{(diào)壓器的零件可分為結(jié)構(gòu)元件、敏感元件、給定元件、執(zhí)行元件及固定件和密封件幾大類(lèi)。結(jié)構(gòu)元件構(gòu)成燃?xì)庹{(diào)壓器的結(jié)構(gòu)骨干，其他零件安裝在其上。結(jié)構(gòu)元件有閥體、彈簧腔體等。敏感元件又稱(chēng)測(cè)壓元件，作用是測(cè)出燃?xì)獾膲毫?，并將其轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的能量（或力）。測(cè)量燃?xì)鈮毫Φ脑N類(lèi)很多，有折皺管、金屬膜片、橡膠膜片等，其中橡膠膜片應(yīng)用最廣。敏感元件測(cè)得各參數(shù)后，需與給定元件所產(chǎn)生的力進(jìn)行比較，比較結(jié)果去推動(dòng)執(zhí)行元件。常用的給定元件有重塊和彈簧兩種。重塊可以保證給定值基本一定，但由于質(zhì)量較大而有滯后反應(yīng)，并使調(diào)壓器的重量及尺寸加大，特別是不便于調(diào)壓器的調(diào)節(jié)、設(shè)定。所以，應(yīng)用較多的是彈簧中的壓縮

3、彈簧，出口燃?xì)鈮毫Φ拇笮⊥ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)壓縮彈簧的壓縮量來(lái)確定。執(zhí)行元件是改變?nèi)細(xì)庹{(diào)壓器節(jié)流程度的零件，通過(guò)其運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)閥口的開(kāi)度。執(zhí)行元件有閥桿、閥座、閥瓣和閥瓣密封墊等。固定件的作用是完成組裝固定，如螺釘、螺母及墊片等。密封件分兩類(lèi)，一類(lèi)是利用自身彈性變形防止燃?xì)庑孤┑拿芊馓盍?，另一?lèi)是密封填料的壓蓋。 零件材料的選擇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)壓器（GB16802-1997）中對(duì)燃?xì)庹{(diào)壓器的零件材料做出了一定的規(guī)定，是進(jìn)行零件材料選擇的首要依據(jù)，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“國(guó)標(biāo)城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)壓器”。3.1 結(jié)構(gòu)元件 閥體國(guó)標(biāo)城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)壓器中規(guī)定：“閥體一般采用灰鑄鐵或鑄鋼”。由于閥體承受燃?xì)鈮毫?，是影響?qiáng)度的關(guān)鍵部件，在成本許可

4、的情況下可選擇機(jī)械性能較高的球墨鑄鐵，如：QT400-18。其韌性高，低溫性能較好，且有一定的耐腐蝕性。 彈簧腔體彈簧腔體是為彈簧提供安裝、調(diào)節(jié)空間的零件。即使不承受燃?xì)鈮毫?，也要通過(guò)安裝于其上的調(diào)節(jié)器承受彈簧的反彈力。所以材料應(yīng)有一定的強(qiáng)度、質(zhì)輕且制造方便?？蛇x擇鑄造鋁硅合金，如：ZL102，其是典型的鋁硅二元合金，是應(yīng)用最早的一種普通鋁硅合金，鑄造性能好，耐腐蝕性高，適用于鑄造形狀復(fù)雜、承受較低荷載的薄壁鑄件，以及要求耐腐蝕性和氣密性高、工作溫度的零件1。3.2 敏感元件 橡膠膜片作為敏感元件，橡膠膜片要與燃?xì)饨佑|并承受燃?xì)鈮毫?，還要保證有效面積穩(wěn)定2。所以應(yīng)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、對(duì)溫度的影

5、響不敏感、線性好、具有一定的耐油、耐酸堿、耐熱等性能3。國(guó)標(biāo)城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)壓器中規(guī)定：“膜片、閥墊及其他橡膠件，應(yīng)采用耐介質(zhì)腐蝕的腈基橡膠，并用合成纖維加強(qiáng)”。橡膠膜片應(yīng)采用耐介質(zhì)腐蝕的腈基橡膠，并用合成纖維加強(qiáng)，常用的橡膠膜片是錦綸纖維加強(qiáng)的丁腈橡膠膜片。丁腈橡膠的特點(diǎn)是耐油性能優(yōu)等，且耐熱性能高于天然橡膠。 導(dǎo)壓管?chē)?guó)標(biāo)城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)壓器中規(guī)定：“導(dǎo)壓管材料應(yīng)采用紫銅管”。使用紫銅管使導(dǎo)壓管具有良好的承壓性、抗腐蝕性及煨彎和擴(kuò)口等加工性能。 膜片壓盤(pán)膜片壓盤(pán)的作用是提高膜片的線性，為減小滯后反應(yīng)應(yīng)選取較輕的材料，但還需有較好的強(qiáng)度以傳遞燃?xì)猱a(chǎn)生的力?？蛇x擇鍛鋁，如：6061（舊牌號(hào)LD30），其具有

6、中等強(qiáng)度，耐腐蝕性及冷加工性好，廣泛應(yīng)用于車(chē)輛、船舶和機(jī)械等方面。若膜片受力較小，還可采用工程塑料制造膜片壓盤(pán)，如：PBTP，其名稱(chēng)是線型聚酯（聚對(duì)苯二甲酸丁二（醇）脂），具有很高的力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度、剛性和硬度都勝過(guò)多種工程塑料，吸水性小，線膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性高，耐磨性好。滿足國(guó)標(biāo)城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)壓器中的規(guī)定：“塑料件應(yīng)堅(jiān)固耐用”。3.3 給定元件 壓縮彈簧為了使彈簧可靠地工作，制造彈簧用的材料必須具有高的彈性和高的疲勞強(qiáng)度，同時(shí)，應(yīng)具有足夠的韌性和塑性。國(guó)標(biāo)城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)壓器中規(guī)定：“彈簧應(yīng)采用碳素彈簧鋼絲制造”。碳素彈簧鋼60Si2Mn經(jīng)高溫回火可得到良好的綜合力學(xué)性能，可用于制作安全閥和止回

7、閥用彈簧和其他高應(yīng)力的重要彈簧，可做被選的材料。 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器是調(diào)節(jié)彈簧壓縮量的零件，靠外側(cè)螺紋旋于彈簧腔體的內(nèi)螺紋上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量，所以承受彈簧的反作用力。 調(diào)節(jié)器材料的選擇應(yīng)依據(jù)調(diào)節(jié)器螺紋牙強(qiáng)度校核，受力較小可選工程塑料，受力較大可選碳素結(jié)構(gòu)鋼，如：Q235B，其韌性良好，有一定的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，鑄造性、沖壓和焊接性均良好，是一般機(jī)械制造中的主要材料，廣泛用于制作一般機(jī)械零件。3.4 執(zhí)行元件執(zhí)行元件是最終實(shí)現(xiàn)調(diào)壓目的的元件，受氣流沖刷嚴(yán)重且作頻繁相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以要求有較高的耐磨性能和疲勞強(qiáng)度。 閥桿閥桿上安裝有閥瓣和閥瓣密封墊等多個(gè)零件，直接或通過(guò)傳動(dòng)件與橡膠膜

8、片連接，受力較大，受氣流沖刷嚴(yán)重且作頻繁相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以要求有較高的耐磨性能和疲勞強(qiáng)度。閥桿可選用合金結(jié)構(gòu)鋼，如：40Cr，其特點(diǎn)是經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，具有良好的綜合力學(xué)性能、低溫沖擊性及低的缺口敏感性，淬透性良好，油淬時(shí)可得到較高的疲勞強(qiáng)度，正火或調(diào)質(zhì)后切削加工性好，是使用最廣泛的鋼種之一。 閥座閥座是受燃?xì)鉀_刷最嚴(yán)重、磨損最多的零件，又是對(duì)燃?xì)庹{(diào)壓器調(diào)壓精度和關(guān)閉嚴(yán)密性影響較大的零件之一。所以，國(guó)標(biāo)城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)壓器中規(guī)定：“閥座應(yīng)采用不銹鋼材料”，不銹鋼4Cr13具有高硬度和高耐磨性，與閥座要求高耐磨性相適應(yīng)4。 閥瓣和閥瓣密封墊閥瓣是支撐閥瓣密封墊的零件，可選用碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235B。閥瓣密封墊

9、的作用是確保關(guān)斷嚴(yán)密，同時(shí)也受燃?xì)鉀_刷，要求有良好的彈性且耐磨，可選用丁腈橡膠。3.5 固定件起固定作用的螺釘、螺母及墊片等為標(biāo)準(zhǔn)件，如需制造非標(biāo)零件，材料一般選用碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如：Q235B、20等。后者的強(qiáng)度低，硬度低，但塑性、韌性高，可鍛性和焊接性均好，冷塑性變形能力高，常用于制造受載較小，而韌性要求高的零件。3.6 密封件 密封填料燃?xì)庹{(diào)壓器中的密封填料的材料一般為橡膠，如前文所述，國(guó)標(biāo)城鎮(zhèn)燃?xì)庹{(diào)壓器中規(guī)定：“膜片、閥墊及其他橡膠件，應(yīng)采用耐介質(zhì)腐蝕的腈基橡膠，并用合成纖維加強(qiáng)”。若為靜態(tài)密封，無(wú)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，也可不用合成纖維加強(qiáng)，選用丁腈橡膠即可。 壓蓋壓蓋是為的密封填料提供壓力的零件，受力較小?？紤]加工的方便，材料一般可選用碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235B。4 結(jié)語(yǔ)以上是對(duì)燃?xì)庹{(diào)壓器零件材料的粗略分析，由于零件材料的選擇對(duì)于一個(gè)設(shè)備非常重要，最后的選定應(yīng)在嚴(yán)格計(jì)算的基礎(chǔ)上做出。參考文獻(xiàn)：1徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 北京