دیسک دریچه پروانه توسط ریخته گری سرمایه گذاری

1. مقدمه

در دریچه های پروانه, دیسک به عنوان عنصر اصلی کنترل جریان عمل می کند, به طور مستقیم بر افت فشار تأثیر می گذارد, یکپارچگی مهر و موم, و گشتاور فعال سازی.

در نتیجه, طراحی و ساخت دیسک عملکرد شیر را به مراتب بیشتر از اجزای محیطی تعیین می کند.

ریخته گری سرمایه گذاری به عنوان روش ارجح برای تولید پیچیده ظاهر شده است, دیسک های با دقت بالا که نیازهای خدمات دقیق را برآورده می کنند.

در این مقاله, ما هر مرحله را از طراحی و انتخاب مواد تا ریخته گری کشف می کنیم, به پایان رساندن, و اعتبار سنجی - ارائه حرفه ای, بینش های داده محور و تأکید بر بهترین شیوه ها.

2. نمای کلی ریخته گری سرمایه گذاری

ریخته گری سرمایه گذاری, همچنین به عنوان ریخته گری موم گم شده نیز شناخته می شود, روشی آزمایش شده برای ایجاد اجزای فلزی پیچیده است.

این روند با الگوی موم شروع می شود, که با یک پوسته سرامیکی پوشانده شده است تا قالب تشکیل شود.

پس از شلیک مجدد و شلیک درجه حرارت بالا, فلز مذاب در حفره ریخته می شود, و قسمت آخر از طریق انفجار شلیک و ماشینکاری به پایان رسید.

در مقایسه با ریخته گری یا ماشینکاری ماسه, ریخته گری سرمایه گذاری هندسه شکل نزدیک به شبکه را با تحمل های محکم ارائه می دهد (0.1 میلی متر) و سطح به همان اندازه صاف و صاف به پایان می رسد 1.6 میکرومتر.

این دقت برای دیسک های شیر پروانه بسیار حیاتی است, جایی که حتی انحرافات جزئی می تواند یکپارچگی آب بندی را به خطر بیندازد.

ابعاد دیسک معمولی از 50 میلی متر به 1,500 میلی متر قطر, با وزنه 0.5 کیلوگرم به 50 کلوت, بسته به کاربرد.

3. انتخاب مواد برای دیسک های دریچه پروانه

انتخاب آلیاژ مناسب برای سرمایه گذاری سرمایه گذاری دریچه دیسک خواستار تعادل است مقاومت در برابر خوردگی, استحکام مکانیکی, قابلیت دما, و هزینه.

در زیر, ما چهار خانواده مادی را کشف می کنیم - هر یک از مزایای آن - و اهداف خاص خاصیت خاصیت را برای راهنمایی مشخصات برجسته می کنیم.

فولادهای زنگ نزن آستنیتی (CF8 / CF8M / CF3 / CF3M)

چرا آنها را انتخاب کنید? نمرات آستنیتی مقاومت در برابر خوردگی خدمات عمومی عالی در آب ارائه می دهد, اسیدهای خفیف, و بخار تا 200 درجه سانتی گراد.

با تشکر از مکعب صورت محور آنها (FCC) ساختار, آنها سختی را تا 50 درجه سانتیگراد حفظ می کنند.

نت انتقالی:

برای دریچه هایی که در معرض کلریدها یا اسیدهای ضعیف قرار دارند, به روزرسانی از CF8 به CF8M (316) تعداد معادل مقاومت در برابر گودال را دو برابر می کند (چوب) از 18 تا 25 پوند, به طور قابل توجهی عمر خدمات در آب دریا یا آب نمک را گسترش می دهد.

دوبلکس & فولادهای ضد زنگ فوق العاده دوتایی (به عنوان مثال, خندق 2205, 2507)

چرا آنها را انتخاب کنید? نمرات دوبلکس مراحل آستنیت و فریت را برای ارائه استحکام عملکرد بالاتر ترکیب می کنند (~ 800 MPa) و کلرید-استرس-خوردگی (SCC) مقاومت.

بینش داده:

در آب دریای کامل (3.5 % NaCl), 2205 دیسک ها در برابر گودال مقاومت می کنند 80 درجه سانتی گراد, در مقابل فقط 60 درجه سانتیگراد برای 316L, آنها را به شیرهای زیر آب تبدیل می کند.

آلیاژهای پایه نیکل (اینکونل 625, مونل 400)

چرا آنها را انتخاب کنید? Superalloys مبتنی بر نیکل در برابر درجه حرارت بالا مقاومت می کند 550 درجه سانتیگراد و در برابر اکسیداسیون مقاومت کنید, سولفیداسیون, و کلر - ایدا برای درجه حرارت بالا و با گاز ترش برنامه های کاربردی.

نمونه کاربرد:

شیر تزریق بخار در یک سیستم توربین گاز یک سرمایه گذاری با سرمایه گذاری را مشخص کرد 625 دیسک,

که بدون نشت در 575 ° C و 40 نوار برای بیش از 18 ماه.

4. ملاحظات طراحی دیسک دریچه پروانه

طراحی دیسک دریچه پروانه شامل تعادل ظریف بین عملکرد هیدرولیک است, یکپارچگی ساختاری, و قابلیت ریخته گری.

در نتیجه, مهندسان باید هندسه را ارزیابی کنند, بارگذاری فشار, پویایی جریان, توزیع مواد,

و استراتژی شیروانی - هر عامل این امر به عملکرد قابل اعتماد در میلیون ها چرخه کمک می کند.

مشخصات دیسک: cambered vs. مسطح

اول و مهمتر, را مشخصات دیسک مقاومت در برابر جریان و گشتاور را دیکته می کند.

الف درشت یا دیسک "کمر" - که در هر دو صورت قرار دارد - باعث جداسازی جریان تا حداکثر می شود 20% در مقایسه با یک دیسک مسطح و گشتاور فعال سازی را تقریباً کاهش می دهد 25% در معمولی 150 میلی متر, دریچه های PN16.

علاوه بر این, کامبر یک نیروی هیدرودینامیکی خود محور ایجاد می کند, که باعث افزایش ثبات در میان سکته مغزی می شود و زندگی مهر و موم را گسترش می دهد.

برعکس, دیسک های مسطح در فشار کم محبوبیت باقی مانده است (≤ 10 نوار) و برنامه های روشن/خاموش ساده, همانطور که آنها ابزار و ماشینکاری را ساده می کنند.

ضخامت دیوار & استحکام ساختاری

حرکت, ضخامت دیواری استحکام و هم کیفیت بازیگران را تعیین می کند.

برای دیسک های ریخته گری سرمایه گذاری, ضخامت اسمی از 4-8 میلی متر از رتبه بندی فشار تا 40 نوار در حالی که از تخلخل کوچک شدن جلوگیری می کنید.

علاوه بر این, شعاع فیله انتقالی از 3-5 میلی متر در محل اتصال Hub -DISC از غلظت استرس جلوگیری کرده و تقویت یکنواخت را ترویج می کند.

تجزیه و تحلیل عنصر محدود (FEA) به طور معمول تأیید می کند که چنین بخش هایی کمتر از 0.2 میلی متر در زیر 16 دیفرانسیل, در نتیجه حفظ یکپارچگی مهر و موم.

تعادل فشار & تقویت

علاوه بر این, طراحان غالباً گنجانیده می شوند سوراخ های متعادل فشار یا شیارهای امدادی در دیسک های شیر پروانه بزرگتر (≥ 300 میلی متر) برای برابر کردن فشارهای ورودی و خروجی.

با کاهش نیروی نامتعادل خالص تا حداکثر 60%, این ویژگی ها اندازه محرک را توسط یک کلاس کوچک می کنند.

علاوه بر این, موضعی روبان در صورت پایین دست - از نظر معمولی 4-6 دنده از 5 ضخامت میلی متر - دیسک را بدون افزایش وزن قابل ملاحظه ای سفت می کند.

هیدرودینامیک & کاهش گشتاور

به همان اندازه مهم, کانتورهای هیدرودینامیکی از انتقال جریان صاف اطمینان حاصل کنید.

دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) تجزیه و تحلیل برجسته است که لبه های پیشرو با شعاع انحنای 0.1قطر دیسک تأخیر جدایی جریان,

بهبود ضریب تخلیه (سی دی) از 0.65 ~ تا 0.75 پوند در 50% افتتاح.

در نتیجه, گشتاور فعال سازی توسط 15-20 ٪, به طور مستقیم ترجمه به هزینه های انرژی عملیاتی پایین تر.

دروازه, قرارگیری & قابلیت ریخته گری

در نهایت, طراحی دروازه و بلند هندسه دیسک را برای ریخته گری بدون نقص سازگار کنید.

مهندسان دروازه اصلی را در مرکز دیسک قرار می دهند, جایی که استخرهای فلزی تقویت کننده جهت را به سمت یک آسانسور محیطی ترویج می کنند.

این طرح از تغذیه در آخرین مناطق جامد استفاده می کند, کاهش نقص انقباض به زیر 0.5% ریخته گری.

در پشت سر هم, ضخامت پوسته 6 میلی متر و نرخ خنک کننده کنترل شده (≤ 5 درجه سانتیگراد/دقیقه) از شوک حرارتی و ریزگردها خودداری کنید.

5. دیسک دریچه پروانه با جزئیات فرآیند ریخته گری سرمایه گذاری

ریخته گری سرمایه گذاری - غالباً خوانده می شود موم گم شده- یک الگوی موم دقیق را از طریق قالب سرامیکی در یک دیسک شیر پروانه فلزی ارسال می کند.

در میان سیستم های مختلف پوسته, سیلیس اتصال دهنده ها به عنوان استاندارد صنعت برای یکپارچگی بالا ظاهر شده اند, ریخته گری های بعدی دقیق.

ابزار موم & تولید الگوی

• با دقت بالا می میرد: حفره های مستهجن CNC الگوهای موم را در درون تولید می کنند 0.05 ± % از ابعاد اسمی.
• مونتاژ الگو: مهندسان Sprues و سیستم های شیروانی را که برای توپی - جریان فلزی اول - به هر الگوی طراحی شده اند ، وصل می کنند, مونتاژ آنها بر روی درختان موم که 20-50 دیسک در هر ریختند.

ساختمان پوسته سرافیکی (روکش سیلیس):

مونتاژ موم به یک دوغاب سیلیس سیلی (محلول کلوئیدی سیلیس کلوئیدی و ذرات نسوز ریز) و با گچ کاری پوشانده شده است (زیرکون یا ماسه سیلیس ذوب شده).

این روند 8-12 بار تکرار می شود, با هر لایه خشک شده در دمای 70-100 درجه سانتیگراد برای ساخت ضخامت پوسته 5-7 میلی متر.

پوسته های سیلیس SOL در مقایسه با سیستم های شیشه ای آب یا اتیل سیلیکات ، ثبات حرارتی برتر و سطح سطح را ارائه می دهند.

شباهت و شلیک:

پوسته در یک کوره کنترل شده تا 850-950 درجه سانتیگراد گرم می شود تا موم را ذوب کند (موهای زائد) و پوسته سرامیکی.

این مرحله هیدروکربنهای باقیمانده را از بین می برد و پوسته را در برابر فلز مذاب مقاومت می کند.

دمای شلیک با دقت کالیبره شده است تا از ترک خوردن جلوگیری شود در حالی که اطمینان از نسوز بودن پوسته با آلیاژ بازیگران مطابقت دارد (به عنوان مثال, 1,500-1،600 درجه سانتیگراد برای فولادهای ضد زنگ).

ذوب فلز & شیوه های ریختن

• مصلوب & کوره: استفاده کنید کوره های القایی خلاء (VIM) برای ذوب شدن آلیاژها - حالت زنگ, دوبلکس, یا نیکل - پایه - رنگ آمیزی O₂ < 50 PPM و H₂ < 5 PPM برای بازیگران تمیز.
• ریختن دما: حفظ کردن 1 480–1 520 درجه سانتی گراد برای CF8/CF8M; 1 550–1 600 درجه سانتی گراد برای inconel 625.
• کفن & فشار برای: کفن های آرگون یا نیتروژن را روی قالب به کار بگیرید و فشار مثبت کمی اعمال کنید (0.1-0.3 بار) برای هدایت فلز به بخش های نازک, کاهش تخلخل گاز به < 0.2 %.

حذف پوسته و اتمام:

پس از استحکام, پوسته سرامیکی از طریق انفجار شلیک می شود (با استفاده از ریزه اکسید آلومینیوم) برای آشکار کردن دیسک شکل نزدیک شبکه.

پایان نهایی شامل پیرایش دروازه ها/ریزگردها و صیقل دادن برای دستیابی به زبری سطح است (Ra) ≤ 1.6 میکرومتر,

برای به حداقل رساندن تلاطم جریان در دریچه بسیار مهم است.

عملیات حرارتی نهایی

• محلول آنیلینگ: دیسک های گرم به 1 050 درجه سانتی گراد (CF8/CF3M) یا 1 100 درجه سانتی گراد (آلیاژهای نیکل) برای 30 دقیقه,
  سپس آب را برای حل فازهای جدا شده و بهینه سازی مقاومت در برابر خوردگی به وجود می آورد.
• تسکین استرس (اختیاری): الف 650 درجه سانتی گراد, 1-ساعت نگه داشتن می تواند تنش های باقیمانده از اتمام عملیات را کاهش دهد.

مزایای سیلیس SOL برای دیسک های دریچه پروانه

• پایان سطح: پوسته های سیلیس SOL سطوح صاف تری نسبت به روشهای سنتی تولید می کنند, کاهش نیاز به ماشینکاری پس از برداشت.
  این برای دیسک هایی که در محیط های با خلوص بالا مانند سیستم های آب دارویی یا آب آشامیدنی کار می کنند بسیار حیاتی است.
• دقت: ساختار پوسته سفت و محکم تحمل های محکم را حفظ می کند (0.1 میلی متر), تضمین غلظت و صافی برای تراز صندلی های دیسک بسیار مهم است.
• پایداری حرارتی: نسوز زیاد سیلیس سیلی (تا 1600 درجه سانتیگراد) در هنگام ریختن از اعوجاج پوسته جلوگیری می کند, حفظ ویژگی های توازن پیچیده فشار بر روی دیسک.
• سازگاری مواد: ایده آل برای ریخته گری فولادهای آستنیتی, آلیاژهای دوبلکس, و Superalloys مستقر در نیکل, که در برنامه های شیر پروانه رایج است.

6. یکپارچگی سطح & مقاومت در برابر خوردگی

به عنوان - پایان سطح و صیقل دادن پس از محاسبه

حتی با پوسته های سیلیس با دقت بالا, دیسک های به عنوان - به طور معمول با ظاهر می شوند RA 2.5-3.5 میکرومتر.

با این حال, دانه های سرامیکی خوب ریخته گری سرمایه گذاری قله های سطح زیر را محدود می کنند 10 میکرومتر در ارتفاع. برای رعایت استانداردهای دریچه - صنعت - که اغلب به آن نیاز دارند ra 1.6 میکرومتر- manufacturers اعمال می شود:

• لرزاننده: رسانه های سرامیکی و ساینده های سبک در 2-4 ساعت 30-40 ٪ کاهش می یابد.
• صیقلی: پولیش هدایت CNC با خمیر الماس (3 میکرومتر) به ra ≤ رسیده است 0.8 میکرومتر در صورت آب بندی, اطمینان از عملکرد بدون نشت.

این مراحل از بین می رود میکروهای سطحی که می توانند چاله های خوردگی را آغاز کنند یا به صندلی های الاستومری آسیب برساند.

ترشی & چرخه انفعال

برای ساختن یک فیلم منفعل یکنواخت و حذف اجزاء تعبیه شده, دیسک های دریچه پروانه تحت:

• ترشی: غوطه وری در 10 % HNO₃ -2 % HF راه حل 50 ° C برای 20-30 دقیقه اکسیدهای سطح و مقیاس را حل می کند.
• شستشو & خنثی سازی: شستشوی بعدی در آب دیونیزه شده و یک حمام بی کربنات سدیم اسیدهای باقیمانده را خنثی می کند.
• منفعل شدن: شیب دوم در 20 % hno₃ در 60 درجه سانتیگراد برای 30 حداقل باعث شکل گیری a می شود 2-5 نانومتر فیلم Cr₂o₃,
  تأیید شده از طریق ASTM A967 تست سیترات.

مطالعات تحلیلی سطح نشان می دهد 30 % افزایش دهد در محتوای CR در بیرونی ترین 50 NM,

ترجمه به یک افزایش پتانسیل تجزیه و تحلیل منفعل +50 MV در آزمایشات پتانسیلودینامیکی.

عملکرد خوردگی در رسانه های نماینده

محیط زیست	ماده دیسک	میزان خوردگی	معیار آزمون
آب دریا (3.5% naCl در 25 درجه سانتی گراد)	CF8M / 316	0.05 MM/سال	ASTM B117 اسپری نمک
کلرید (تست گودال)	CF8M / 316	بدون گودال < 24 سخنرانی	روش ASTM G48 A
10% H₂so₄ در دمای اتاق	CF3M / 316L	0.10 MM/سال	غوطه وری ASTM G31
بخار گرم گرم @ 550 درجه سانتی گراد	اینکونل 625	0.02 MM/سال	آزمایش اکسیداسیون آلیاژ Ni -

اکسیداسیون دما بالا و فشار استرس - ترک خوردگی

برای برنامه های بالاتر از محیط:

• مقاومت در برابر اکسیداسیون: اینکونل 625 نمایشگاه دیسک ها < 0.02 رشد مقیاس اکسید میلی متر در سال در هوا در 550 درجه سانتی گراد.
• مقاومت SCC: SAF دوپلکس - 2205 دیسک ها در هنگام آزمایش هر کلرید SCC را نشان نمی دهند ASTM G36 در 80 ° C و 1000 psi برای 720 سخنرانی, بهتر از 316L توسط 40 %.

7. تحمل دیسک سوپاپ پروانه ای

حفظ تحمل های بعدی محکم روی دیسک بازیگران ، تناسب مناسب را تضمین می کند, آب بندی قابل اعتماد, و حداقل ماشینکاری پس از ریخته گری.

ریخته گری سرمایه گذاری تحمل دقیق تری نسبت به ریخته گری شن و ماسه می دهد, اما طراحان هنوز هم باید انتظارات واقع گرایانه را برای تعادل در هزینه و عملکرد مشخص کنند.

در زیر معمولی است تحمل دستورالعمل دیسک های شیر پروانه سرمایه گذاری ریخته گری, بر اساس ISO 8062-3 (CT8) و تمرین صنعت:

ویژگی	دامنه اندازه اسمی	تحمل	یادداشت ها
قطر کلی	تا 200 میلی متر	± 0.10 میلی متر	غلظت با بدن دریچه را تضمین می کند; برای برنامه های تمام عیار بسیار مهم است
	200-400 میلی متر	± 0.15 میلی متر
	> 400 میلی متر	± 0.20 میلی متر
ضخامت دیوار	3-8 میلی متر	± 10 % اسمی	طراحان بخش های 4-8 میلی متر را برای جلوگیری از تخلخل کوچک شدن حفظ می کنند
قطر توپی	تا 50 میلی متر	- 0 / + 0.05 میلی متر	روی شافت قرار دهید; برای محرک های دقیق ممکن است نیاز به تغییر مجدد به H7 داشته باشد
	50-100 میلی متر	- 0 / + 0.10 میلی متر
دایره پیچ & سوراخ	PCD Ø تا 300 میلی متر	± 0.10 میلی متر	مطابق با استانداردهای فلنج لوله (به عنوان مثال, ansi, از)
	PCD > 300 میلی متر	± 0.15 میلی متر
خارج از دور	هر ویژگی دایره ای	≤ 0.05 % قطر	یکنواختی فشرده سازی مهر و موم را تضمین می کند
صافی (صورت صندلی)	در سراسر صورت دیسک	≤ 0.05 میلی متر	برای خاموش کردن دریچه بسیار مهم است; اغلب به بعد به بعد نهایی
شعاع پروفایل لبه	فیله / پخ ها	± 0.5 میلی متر	طراحان شعاع 3-5 میلی متر را برای تعادل غلظت جریان و استرس مشخص می کنند

پیامدهای عملی

1. مشارکت مهر و موم: تحمل در چهره های صندلی و خارج از دور به طور مستقیم بر بسته بندی و فشرده سازی حلقه O تأثیر می گذارد, بر سفتی نشت تأثیر می گذارد.
2. تراز فعال سازی: دقت هاب ، چرخش دیسک متمرکز را تضمین می کند, کاهش بارگذاری خارج از مرکز بر روی یاتاقان ها و محرک ها.
3. کمک هزینه های ماشینکاری: در حالی که بسیاری از دیسک های دریچه پروانه تحمل تحمل را به عنوان ریخته اند, سطوح مهر و موم بحرانی اغلب خرد می شود (0.2-0.5 میلی متر سهام) برای تضمین صاف بودن و پایان سطح.
4. استراتژی بازرسی: دستگاه اندازه گیری اندازه گیری (CMM) ممیزی از 100 % پیروی از دیسک ها; کنترل فرآیند آماری (SPC) پرچم ها قبل از فراتر از حد CT8.

8. این ارائه خدمات ارزش افزوده

فراتر از تولید خود دیسک سرمایه گذاری سرمایه گذاری, این اکنون مجموعه ای از خدمات ارزش افزوده را که سرعت به بازار را تسریع می کند ، بسته بندی می کند, بار کاری داخلی را کاهش دهید:

ماشینکاری دقیق

• تراش CNC & آسیاب: تأمین کنندگان غالباً دیسک ها را با حفره های هاب تمام شده تحویل می دهند, کلیدهای,
  و الگوهای پیچ و مهره به تحمل H7/H8 (0.02 میلی متر), از بین بردن ماشینکاری ثانویه.
• متعادل کننده & حفاری: تعادل استاتیک یا پویا در محدوده درجه G6.3 (< 2.5 عدم تعادل میکرومتر در هر میلی متر) برای دیسک ها 300 قطر میلی متر, به علاوه حفاری خونریزی اختیاری یا تعادل.

عملیات حرارتی

• راه حل آنیل کردن: آنیل های خلاء یا حمام نمک در 1 050–1 100 درجه سانتیگراد دنبال شد
  با بازگرداندن سریع ریزساختارهای دوبلکس و آستنیتی, اطمینان از مقاومت در برابر خوردگی کامل.
• تسکین استرس: نگه داشتن زیر بحرانی در دمای 600-650 درجه سانتیگراد به مدت 1-2 ساعت تنش های باقیمانده را کاهش می دهد
  از ماشینکاری یا جوشکاری تا 60%, جلوگیری از تحریف در مونتاژ نهایی.

درمان های سطحی

• جلا دادن & لپه: نهایی به پایان می رسد 0.4 میکرومتر در صورت آب بندی عملکرد بدون نشت را تضمین می کند; چرخش معمولی: 1-3 روز در هر دسته 20-50 دیسک.
• پوشش ها & پوشش: حکیم, PTFE, یا روکش های سرامیکی مقاومت شیمیایی را در رسانه های تهاجمی اضافه می کنند; کنترل ضخامت به 10 میکرومتر μ با مشخصات OEM مطابقت دارد.

بسته بندی سفارشی & تدارکات

• قند محافظ: جعبه های چوبی سازگار با ایزو با درج های ضد خوردگی VCI, سنسورهای نظارت بر شوک, و شاخص های رطوبت حفاظت از دیسک ها در هنگام ترانزیت.
• حمل و نقل سریع: بریدگی هوا یا "شیر اجرا" تسریع شده زمان منجر به زمان منجر به 2-3 هفته از سفارش به درب, در مقایسه با پیشرانه استاندارد دریا از 6-8 هفته.

9. نتیجه گیری

ریخته گری سرمایه گذاری یکپارچه مسیر به دیسک های شیر پروانه با کارایی بالا, ارائه هندسه های پیچیده, تحمل های تنگ (0.1 میلی متر), و سطوح برتر (ra 1.6 میکرومتر).

با انتخاب آلیاژهای مناسب - استفاده از CF8M ضد زنگ تا inconel 625 - و استفاده از کنترل های دقیق فرآیند و بازرسی ها,

تولید کنندگان به دیسک هایی می رسند که اهداف مکانیکی را برآورده می کنند (کششی 550 MPa; کشیدگی 25 %), مقاومت در برابر خوردگی برجسته,

و شرایط خدمات خواستار را در طول تصفیه آب حفظ کنید, روغن & گاز, و بخش های تولید برق.