Disk leptir ventila od livenja

1. Uvođenje

U leptir ventilima, disk služi kao primarni element za kontrolu protoka, direktno utiče na pad pritiska, integritet zaptivanja, i moment pokretanja.

Samim tim, Dizajn i proizvodnja diskova određuju performanse ventila mnogo više od perifernih komponenti.

Investicijska livenja se pojavio kao poželjna metoda za proizvodnju kompleksa, diskovi visoke preciznosti koji ispunjavaju stroge servisne zahtjeve.

U ovom članku, istražujemo svaku fazu - od dizajna i odabira materijala do livenja, završna obrada, i validacija—pružanje profesionalaca, uvide vođene podacima i naglašavanje najboljih praksi.

2. Investment Casting Overview

Investicijska livenja, Poznat i kao izgubljeni vosak, je vremenski testirana metoda za stvaranje složenih metalnih komponenti.

Proces počinje uzorkom voska, koji je obložen keramičkom školjkom kako bi se formirao kalup.

Nakon deparavanja i pečenja na visokim temperaturama, rastopljeni metal se sipa u šupljinu, a završni dio se završava pjeskarenjem i strojnom obradom.

U poređenju sa lijevanjem u pijesak ili mašinskom obradom, livenje za ulaganje nudi geometriju oblika gotovo mreže sa malim tolerancijama (±0,1 mm) i površinska obrada glatka kao Ra ≤ 1.6 μm.

Ova preciznost je od vitalnog značaja za diskove leptir ventila, gdje čak i manja odstupanja mogu ugroziti integritet zaptivanja.

Tipične dimenzije diska kreću se od 50 mm to 1,500 mm u prečniku, sa rasponom težine 0.5 kg do 50 kg, Ovisno o aplikaciji.

3. Materials Selection for Butterfly Valve Discs

Odabir prave legure za livenje leptir ventil disk zahtijeva balansiranje Otpornost na koroziju, Mehanička čvrstoća, temperaturna sposobnost, i trošak.

Ispod, istražujemo četiri porodice materijala—svaka sa svojim prednostima—i ističemo kvantitativne ciljeve svojstava kako bismo vodili specifikaciju.

Austenitni nehrđajući čelici (CF8 / Cf8m / CF3 / Cf3m)

Zašto ih izabrati? Austenitni tipovi nude odličnu otpornost na koroziju za opštu upotrebu u vodi, blage kiseline, i pari do 200 ° C.

Zahvaljujući njihovoj kocki centriranoj na lice (FCC) strukturu, održavaju žilavost do –50 °C.

Transitional Note:

Za ventile izložene hloridima ili slabim kiselinama, nadogradnja sa CF8 na CF8M (316) udvostručuje ekvivalentni broj otpornosti na pitting (Drvo) od ~18 do ~25, značajno produžava radni vijek u morskoj vodi ili slanoj vodi.

Dupleks & Super-Duplex Stainless Steels (E.g., SAF 2205, 2507)

Zašto ih izabrati? Duplex tipovi kombinuju austenitnu i feritnu fazu kako bi dali veću granicu tečenja (~ 800 MPa) i superiorno hlorid-naprezanje-korozija-pucanje (SCC) otpor.

Data Insight:

U punoj morskoj vodi (3.5 % Nacl), 2205 diskovi otporni na pitting do 80 ° C, naspram samo ~ 60 °C za 316L, što ih čini omiljenim za podmorske ventile.

Nickel-Base Alloys (Inconel 625, Monel 400)

Zašto ih izabrati? Superlegure na bazi nikla izdržavaju temperature iznad 550 °C i otporan na oksidaciju, sulfidacija, i hlorisanje—idealno za visoka temperatura i kiseli gas Aplikacije.

Application Example:

Ventil za ubrizgavanje pare u sistemu gasne turbine specificirao je inconel od livenog inkonela 625 diska,

koji je radio bez curenja na 575 ° C i 40 bar za više 18 mjeseci.

4. Butterfly Valve Disc Design Considerations

Dizajniranje diska leptir ventila uključuje delikatnu ravnotežu između hidrauličnih performansi, strukturalni integritet, i sposobnost livenja.

Samim tim, inženjeri moraju procijeniti geometriju, opterećenje pod pritiskom, Dinamika protoka, distribucija materijala,

i strategija zatvaranja—svaki faktor koji doprinosi pouzdanom radu tokom miliona ciklusa.

Disc Profile: Cambered vs. Stan

Prvo i najvažnije, The profil diska diktira otpor protoka i obrtni moment.

A cambered ili “stručni” disk – zakrivljen na obje strane – smanjuje odvajanje protoka do 20% u poređenju sa ravnim diskom i smanjuje okretni moment za otprilike 25% u tipičnom 150 mm, PN16 ventili.

Pored toga, nagib stvara samocentrirajuću hidrodinamičku silu, koji poboljšava stabilnost srednjeg hoda i produžava vijek brtve.

Obrnuto, ravni diskovi ostaju popularni kod niskog pritiska (≤ 10 bar) i jednostavne aplikacije za uključivanje/isključivanje, jer pojednostavljuju alate i mašinsku obradu.

Debljina zida & Structural Rigidity

Idemo dalje, debljina zida određuje i krutost i kvalitet livenja.

Za investiciono livene diskove, nominalna debljina od 4-8 mm podržava ocene pritiska do 40 bar uz izbjegavanje poroznosti skupljanja.

Nadalje, radijusi prelaznog ugla 3-5 mm na spoju glavčina-disk sprečavaju koncentraciju naprezanja i podstiču ravnomerno skrućivanje.

Analiza konačnih elemenata (Fea) rutinski potvrđuje da se takve sekcije otklone manje od 0.2 mm pod a 16 šipka diferencijal, čime se održava integritet pečata.

Pressure Balancing & Reinforcement

Štaviše, dizajneri često uključuju rupe za balansiranje pritiska ili reljefni žljebovi u većim diskovima leptir ventila (≥ 300 mm) za izjednačavanje ulaznog i izlaznog pritiska.

Smanjenjem neto neuravnotežene sile do 60%, ove karakteristike smanjuju veličinu aktuatora za jednu klasu.

Pored toga, lokalizovan rebrast na nizvodnoj strani—obično 4–6 rebara od 5 mm debljine – dodatno ukrućuje disk bez značajnog povećanja težine.

Hydrodynamics & Torque Reduction

Jednako važno, hidrodinamičke konture osigurati glatke prelaze protoka.

Računarska dinamika fluida (CFD) analize ističu da su zaobljene prednje ivice sa radijusom zakrivljenosti od 0.1× prečnik diska odlaganje odvajanja toka,

poboljšanje koeficijenta pražnjenja (Cd) od ~0,65 do ~0,75 at 50% otvaranje.

Kao rezultat, moment aktiviranja opada 15-20%, direktno pretvarajući u niže operativne troškove energije.

Kaing, Riser Placement & Castibilnost

Konačno, dizajn vrata i uspona prilagodite geometriju diska za livenje bez grešaka.

Inženjeri postavljaju glavnu kapiju na čvorište diska, gdje metalni bazeni potiču usmjereno skrućivanje prema jednom perifernom usponu.

Ovakav raspored osigurava dovod u posljednje zone očvršćavanja, smanjenje defekata skupljanja na ispod 0.5% odljevaka.

U tandemu, debljina ljuske od 6 mm i kontrolisane brzine hlađenja (≤ 5 °C/min) izbjegavajte termički udar i mikropukotine.

5. Butterfly Valve Disc by Investment Casting Process Details

Investiciono livenje—često se naziva izgubljeni vosak—pretvara preciznu voštanu šaru u metalni disk leptir ventila putem keramičkog kalupa.

Među raznim sistemima školjki, silic-sol veziva su se pojavila kao industrijski standard za visok integritet, dimenzionalno precizni odljevci.

Wax Tooling & Pattern Production

• Visoko precizne matrice: CNC obrađene šupljine kalupa proizvode voštane uzorke unutar ±0,05 % nominalnih dimenzija.
• Pattern Assembly: Inženjeri pričvršćuju izljevke i sisteme za zatvaranje – dizajnirane za protok metala u čvorištu – na svaki uzorak, sastavljajući ih na stabla voska koja drže 20-50 diskova po sipanju.

Zgrada od keramičke školjke (Silica Sol Coating):

Sklop voska je uronjen u a silicijum sol kaša (koloidni rastvor koloidnog silicijum dioksida i finih vatrostalnih čestica) i obložena štukaturom (cirkon ili topljeni silicijum pijesak).

Ovaj proces se ponavlja 8-12 puta, sa svakim slojem osušenim na 70-100°C da se dobije debljina ljuske od 5-7 mm.

Oklopi od silicijum-sola nude superiornu termičku stabilnost i završnu obradu površine u poređenju sa sistemima od vodenog stakla ili etil silikata.

Dewaxing i pucanje:

Ljuska se zagreva na 850-950°C u kontrolisanoj peći da bi se rastopio vosak (deparatiranje) i sinterovati keramičku školjku.

Ovaj korak eliminiše preostale ugljovodonike i jača školjku da izdrži rastopljeni metal.

Temperatura pečenja je pažljivo kalibrirana kako bi se izbjeglo pucanje dok se osigurava da vatrostalnost školjke odgovara leguri koja se lijeva (E.g., 1,500–1.600°C za nerđajuće čelike).

Metal Melting & Pouring Practices

• Crucible & Peć: Koristiti vakuumske indukcione peći (VIM) za topljenje legura - nerđajućeg čelika, dupleks, ili na bazi nikla—održavanje O₂ < 50 ppm i H₂ < 5 ppm za čiste odljevke.
• Temperatura izlijevanja: Održavajte 1 480-1 520 ° C za CF8/CF8M; 1 550-1 600 ° C za Inconel 625.
• Inert Shrouding & Pressure For: Upotrijebite omote od argona ili dušika preko kalupa i primijenite blagi pozitivni pritisak (0.1–0,3 bara) za ubijanje metala u tanke rezove, smanjenje poroznosti gasa do < 0.2 %.

Uklanjanje ljuske i završna obrada:

Nakon skrućivanja, keramička školjka se uklanja pjeskarenjem (korištenjem granulacije od aluminij oksida) kako bi se otkrio disk oblika gotovo mreže.

Završna završna obrada uključuje obrezivanje kapija/ulaznica i poliranje radi postizanja hrapavosti površine (Ra) ≤ 1.6 μm,

kritično za minimiziranje turbulencije protoka u ventilu.

Final Heat Treatment

• Rješenje žarenje: Zagrijte diskove za 1 050 ° C (CF8/CF3M) ili 1 100 ° C (Nikel legure) za 30 min,
  zatim gašenje vodom kako bi se rastvorile odvojene faze i optimizovala otpornost na koroziju.
• Olakšanje stresa (Opciono): A 650 ° C, 1-sat zadržavanja može ublažiti zaostala naprezanja od završnih operacija.

Advantages of Silica Sol for Butterfly Valve Discs

• Površinski finiš: Ljuske silicijum-sola proizvode glatke površine od tradicionalnih metoda, smanjenje potrebe za obradom nakon livenja.
  Ovo je od vitalnog značaja za diskove koji rade u okruženjima visoke čistoće kao što su farmaceutski sistemi ili sistemi za pitku vodu.
• Preciznost dimenzija: Čvrsta struktura ljuske održava čvrste tolerancije (±0,1 mm), osiguravajući koncentričnost i ravnost kritičnu za poravnanje diska i sjedišta.
• Termička stabilnost: Visoka vatrostalnost silicijum-sola (do 1.600°C) sprečava izobličenje ljuske tokom sipanja, čuvajući složene karakteristike balansiranja pritiska na disku.
• Kompatibilnost materijala: Idealan za livenje austenitnih čelika, dupleks legure, i superlegura na bazi nikla, koji su uobičajeni u aplikacijama leptir ventila.

6. Integritet površine & Otpornost na koroziju

As‐Cast Surface Finish and Post‐Cast Polishing

Čak i sa visoko preciznim školjkama od silicijum-sola, kao liveni diskovi se obično pojavljuju sa Ra 2,5–3,5 µm.

Međutim, Fina keramička zrna za livenje za ulaganje ograničavaju površinske vrhove na manje 10 μm u visini. Za ispunjavanje standarda industrije ventila—koji često zahtijevaju Ra ≤ 1.6 μm—proizvođači primjenjuju:

• Vibraciono prevrtanje: Keramički mediji i laki abrazivi smanjuju Ra za 30-40% za 2-4 sata.
• Precizno poliranje: CNC vođeno poliranje dijamantskom pastom (3 µm zrna) postiže Ra ≤ 0.8 µm na zaptivnim površinama, osiguravanje performansi bez curenja.

Ovi koraci eliminiraju površinske mikro-zareze koji bi mogli pokrenuti korozijske jame ili oštetiti elastomerna sjedišta.

Kiselo & Passivation Cycles

Za izgradnju jednolikog pasivnog filma i uklanjanje ugrađenih inkluzija, diskovi leptir ventila prolaze:

• Kiselo: Uranjanje u a 10 % HNO₃–2 % HF rješenje na 50 °C tokom 20-30 min otapa površinske okside i kamenac.
• Isperite & Neutralizacija: Naknadno ispiranje u deioniziranoj vodi i kupki sa natrijum bikarbonatom neutralizira zaostale kiseline.
• Pasivizacija: Drugo uranjanje 20 % Hno₃ at 60 ° C za 30 min podstiče stvaranje a 2–5 nm Cr₂O₃ film,
  verificirano putem ASTM A967 citratno testiranje.

Površinske analitičke studije pokazuju a 30 % povećanje u sadržaju Cr na krajnjoj strani 50 nm,

pretvarajući se u potencijal rasta pasivnog filma +50 mV u potenciodinamičkim testovima.

Corrosion Performance in Representative Media

Okruženje	Materijal diska	Stopa korozije	Test Standard
Morska voda (3.5% Nacl at 25 ° C)	Cf8m / 316	0.05 mm / godina	ASTM B117 slani sprej
Ferric Chloride (pitting test)	Cf8m / 316	Bez udubljenja < 24 h	ASTM G48 metoda A
10% H₂SO₄ na sobnoj temperaturi	Cf3m / 316L	0.10 mm / godina	ASTM G31 potapanje
Pregrijana para @ 550 ° C	Inconel 625	0.02 mm / godina	Test oksidacije legure ni

High‐Temperature Oxidation and Stress‐Corrosion Cracking

Za primjene iznad ambijentalne:

• Otpornost na oksidaciju: Inconel 625 izložba diskova < 0.02 mm/godina porast oksidne skale u zraku na 550 ° C.
• SCC otpor: Duplex-cast SAF 2205 diskovi ne pokazuju hlorid SCC kada su testirani po ASTM G36 at 80 ° C i 1000 psi for 720 h, nadmašujući 316L po 40 %.

7. Butterfly Valve Disc Casting Tolerance

Održavanje čvrstih tolerancija dimenzija na livenom disku osigurava pravilno pristajanje, pouzdano zaptivanje, i minimalna obrada nakon livenja.

Investiciono livenje daje finije tolerancije od livenja u pesak, ali dizajneri i dalje moraju specificirati realna očekivanja kako bi uravnotežili troškove i performanse.

Ispod su tipične tolerancija smjernice za diskove leptir ventila livene za ulaganje, baziran na ISO 8062-3 (CT8) i industrijska praksa:

Značajka	Raspon nominalnih veličina	Tolerancija	Bilješke
Ukupni prečnik	Do 200 mm	± 0.10 mm	Osigurava koncentričnost s tijelom ventila; kritično za aplikacije punog otvora
	200–400 mm	± 0.15 mm
	> 400 mm	± 0.20 mm
Debljina zida	3-8 mm	± 10 % od nominalnog	Dizajneri održavaju presjeke od 4-8 mm kako bi izbjegli poroznost skupljanja
Prečnik otvora glavčine	Do 50 mm	− 0 / + 0.05 mm	Navucite na osovinu; može zahtijevati razvrtanje do H7 za precizne aktuatore
	50–100 mm	− 0 / + 0.10 mm
Bolt Circle & Rupe	PCD Ø do 300 mm	± 0.10 mm	Odgovara standardima prirubnice cijevi (E.g., ANSI, Iz)
	PCD Ø > 300 mm	± 0.15 mm
Izvan zaokruženosti	Bilo koja kružna karakteristika	≤ 0.05 % prečnika	Osigurava ujednačenost kompresije brtve
Ravnost (Seating Face)	Preko lica diska	≤ 0.05 mm	Kritično za zatvaranje ventila; često mljeveni do konačne dimenzije
Rubni profil Radii	Fileti / chambers	± 0.5 mm	Dizajneri određuju radijuse od 3-5 mm kako bi uravnotežili protok i koncentraciju naprezanja

Praktične implikacije

1. Seal Engagement: Tolerancije na stranama sjedišta i izvan zaobljenosti direktno utiču na pakiranje i kompresiju O-prstena, utiče na nepropusnost.
2. Poravnanje aktiviranja: Preciznost otvora glavčine osigurava koncentričnu rotaciju diska, smanjenje ekscentričnog opterećenja na ležajevima i aktuatorima.
3. Dozvole za obradu: Dok mnogi diskovi leptirastih ventila zadovoljavaju tolerancije završne obrade kao livene, kritične površine za brtvljenje često se lagano bruse (0.2– 0,5 mm kundak) kako bi se zajamčila ravnost i završna obrada površine.
4. Strategija inspekcije: Koordinatno-mjerna mašina (Cmm) revizije 100 % diskova potvrditi usklađenost; statistička kontrola procesa (SPC) označava trendove prije nego što pređu granice CT8.

8. Ovo Opskrba uslugama s dodanom vrijednošću

Osim proizvodnje samog investicionog diska, Ovo sada uključuje paket usluga s dodanom vrijednošću koje ubrzavaju vrijeme izlaska na tržište, smanjiti opterećenje u kući:

Precision Machining

• CNC okretanje & Glodanje: Dobavljači često isporučuju diskove sa gotovim otvorima glavčine, Ključni,
  i šablone rupa za vijke prema tolerancijama H7/H8 (± 0,02 mm), eliminisanje sekundarne obrade.
• Balansiranje & Bušenje: Statičko ili dinamičko balansiranje do granica nivoa G6.3 (< 2.5 µm debalans po mm) za diskove ≥ 300 mm prečnika, plus opciono bušenje otvora ili balansnog bušenja.

Toplotni tretman

• Rješenje Žarljivost: Žarenje u vakuumu ili u slanoj kupki 1 050-1 100 Uslijedio je °C
  brzim gašenjem obnavljaju dupleks i austenitnu mikrostrukturu, osigurava punu otpornost na koroziju.
• Olakšanje stresa: Podkritično zadržavanje na 600–650 °C 1–2 sata smanjuje zaostala naprezanja
  od mašinske obrade ili zavarivanja do 60%, sprečavanje izobličenja u konačnoj montaži.

Površinski tretmani

• Poliranje & Lazanje: Finalni se završava na Ra ≤ 0.4 µm na zaptivnim površinama osiguravaju performanse bez curenja; tipičan preokret: 1–3 dana po seriji od 20–50 diskova.
• Premazi & Podstave: Epoxy, PTFE, ili keramičke prevlake daju hemijsku otpornost u agresivnim medijima; kontrola debljine do ±10 µm zadovoljava OEM specifikacije.

Custom Packaging & Logistika

• Protective Cating: Drveni sanduci u skladu sa ISO standardima sa antikorozivnim VCI umetcima, senzori za praćenje udara, i indikatori vlažnosti štite diskove tokom transporta.
• Brza dostava: Ubrzani avio-tovar ili konsolidacija „mlijeko-run“ skraćuje vrijeme isporuke 2–3 sedmice od narudžbe do vrata, u poređenju sa standardnim pomorskim transportom od 6-8 sedmica.

9. Zaključci

Investiciono livenje obezbeđuje a jedan korak put do diskova leptir ventila visokih performansi, isporuku složenih geometrija, Čvrsti tolerancije (±0,1 mm), i vrhunske završne obrade površine (Ra ≤ 1.6 μm).

Odabirom odgovarajućih legura—u rasponu od CF8M nerđajućeg čelika do Inconel 625—i primjenom rigoroznih kontrola i inspekcija procesa,

proizvođači postižu diskove koji zadovoljavaju mehaničke ciljeve (vlačna ≥ 550 MPa; izduženje ≥ 25 %), pokazuju izuzetnu otpornost na koroziju,

i održavati zahtjevne uslove usluge u cijelom tretmanu vode, ulja & plin, i sektori proizvodnje električne energije.