提升式金屬密封旋塞閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
上海申弘閥門有限公司
一、提升式金屬密封旋塞閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)產(chǎn)品簡(jiǎn)介
之前介紹彈簧微啟式燃?xì)獍踩y應(yīng)用，現(xiàn)在介紹闡述了提升式金屬密封旋塞閥的工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有限元分析和主要零部件制造工藝。提升式金屬密封旋塞閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1、概述
旋塞閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和流阻小等特點(diǎn)，但普通旋塞閥靠塞子和閥體直接接觸密封，存在啟閉力矩大、密封面易磨損和密封性能差等缺點(diǎn)。普通的襯套旋塞閥、油潤(rùn)滑旋塞閥和將軍閥等不適用于高溫工況。根據(jù)工況條件研制的提升式金屬密封旋塞閥，解決了旋塞閥不能用于高溫的問題。
2、性能
提升式金屬密封旋塞閥采用樞軸固定整體式塞子、硬質(zhì)合金堆焊閥座和雙滾輪導(dǎo)槽設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了閥門開啟無(wú)摩擦提升并旋轉(zhuǎn)的功能，降低了閥門操作過(guò)程中密封面擦傷、磨損和粘結(jié)破壞的幾率，具有結(jié)構(gòu)新穎、工藝、操作省力、啟閉迅速、密封性好、維護(hù)方便、可高溫吹掃和安裝等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于高溫蒸汽管道和高壓差泵出口使用，也適用于延遲焦化系統(tǒng)、渣油催化裂化裝置和乙烯裂化裝置等場(chǎng)合。提升式硬密封旋塞閥不僅具有硬密封球閥流阻小、啟閉快的優(yōu)點(diǎn)，還具有閥門開啟密封面無(wú)摩擦、開啟省力等優(yōu)點(diǎn)，適用于作為高溫高壓工況的管路切斷閥。該產(chǎn)品已由中國(guó)石油化工集團(tuán)公司、中國(guó)石化工程建設(shè)公司、洛陽(yáng)石油化工工程公司和浙江石化閥門有限公司共同獲得了。
二、工作原理
YX系列硬密封旋塞閥結(jié)構(gòu)特殊，動(dòng)作原理也和普通旋塞閥不同。普通旋塞閥和球閥一樣，用手柄操作，旋轉(zhuǎn)90度即可。本公司的旋塞閥用手輪操作，和閘閥的操作方式相同。要打開閥門時(shí)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，帶動(dòng)閥桿螺母旋轉(zhuǎn)，閥桿螺母帶動(dòng)閥桿上升。閥桿和旋塞通過(guò)T形槽連接，閥桿中部有一橫向?qū)蜾N，銷的兩端各裝一只滾輪，滾輪可在閥蓋上部的導(dǎo)向槽內(nèi)滾動(dòng)，閥桿的升降和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由該導(dǎo)向槽限制。導(dǎo)向槽由直槽和螺旋槽兩部分組成，直槽限制閥桿升降運(yùn)動(dòng)，螺旋槽限制閥桿作90度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)閥桿和旋塞上升一定距離時(shí)，旋塞和閥體密封面分離，滾輪進(jìn)入螺旋槽，閥桿帶動(dòng)旋塞旋轉(zhuǎn)90度，就將閥門打開。
三、質(zhì)量技術(shù)優(yōu)勢(shì)
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥,蒸汽減壓閥公司研發(fā)部門在設(shè)計(jì)初期就采用FEA軟件對(duì)重要零部件進(jìn)行應(yīng)力、熱力、變形、疲勞等有限元分析，極大提高了產(chǎn)品的可靠性。公司生產(chǎn)部門擁有兩臺(tái)大型數(shù)控立式車床和兩臺(tái)高精度數(shù)控立式內(nèi)圓磨床，可加工DN1000旋塞閥。該精密磨床能把閥體和旋塞的密封面用同一個(gè)砂輪架磨削，二者角度分毫不差，表面粗糙度達(dá)Ra0.4，不需要再進(jìn)行互配研磨，密封性能非常理想。公司質(zhì)量部門對(duì)每一臺(tái)閥門嚴(yán)格按API598和API6D檢驗(yàn)及試驗(yàn)，確保零泄漏，適用于高溫高壓蒸汽及泵出口高壓差等工況。
3、工作原理
提升式金屬密封旋塞閥主要由底蓋、下支撐板、閥體、塞子、上支撐板、閥蓋、閥桿、支架、橫銷、滾輪、閥桿螺母和驅(qū)動(dòng)裝置等組成( 圖1) 。閥桿上部為梯形螺紋，閥桿下部和塞子通過(guò)T 形槽連接，閥桿中部有一橫銷，銷兩端各套有一只滾輪。支架上部設(shè)有兩條成180° 分布的導(dǎo)槽，導(dǎo)槽包括直槽和螺旋槽。開啟閥門時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置( 如手輪) 帶動(dòng)閥桿螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪沿直槽滾動(dòng)上升，閥桿和塞子一起上升，塞子和閥體密封面軸向無(wú)摩擦分離。閥桿螺母繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪沿螺旋槽滾動(dòng)，閥桿和塞子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，閥門全開。關(guān)閉閥門時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)閥桿螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪沿螺旋槽滾動(dòng)，閥桿和塞子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，閥桿螺母繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪沿直槽滾動(dòng)，閥桿和塞子一起下降，塞子與閥體密封面開始接觸直至貼緊密封。
4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
閥門設(shè)計(jì)采用API 599 并參考API 600 標(biāo)準(zhǔn)，密封副采用金屬密封結(jié)構(gòu)，適用于高溫工況。因提升式金屬密封旋塞閥的密封比壓是由外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供的力矩控制，屬于強(qiáng)制密封閥門。提升式金屬密封旋塞閥
四、技術(shù)參數(shù)
1、壓力等級(jí)：150Lb，300Lb，600Lb，900Lb，1500Lb。
2、公稱尺寸：NPS2～NPS40(DN50～DN1000)。
3、適用溫度：≤600℃（標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）。
4、應(yīng)用規(guī)范：
A 結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度按ASME B16.10；
B 連接法蘭按ASME B16.5；
C 閥門的檢驗(yàn)和試驗(yàn)按API598。
5、主體材料：WCB、C5、WC6、WC9、CF8、CF8M、CF3、CF3M等。
五、型號(hào)編制說(shuō)明
1單元—提升式硬密封旋塞閥；
2單元—傳動(dòng)形式代號(hào)，同JB/T308標(biāo)準(zhǔn)；
3單元—連接形式代號(hào)，同JB/T308標(biāo)準(zhǔn)；
4單元—結(jié)構(gòu)形式代號(hào)，9代表直通升降旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)；
5單元—密封面材料代號(hào)，同JB/T308標(biāo)準(zhǔn)；
6單元—壓力等級(jí)代號(hào)，用Class數(shù)值加Lb表示；
7單元—閥體材質(zhì)代號(hào)，JB/T308標(biāo)準(zhǔn)。
1. 底蓋2. 下支撐板3. 閥體4. 塞子5. 上支撐板6. 閥蓋7. 閥桿8. 支架9. 橫銷10. 滾輪11. 閥桿螺母12. 手輪
圖1 提升式金屬密封旋塞閥
4.1、閥體
閥體端部為法蘭連接，流道為文丘里規(guī)則型，即流道截面積從閥門出入口到閥座密封處為逐漸縮小，但流道高度方向的尺寸略有擴(kuò)大。殼體小壁厚滿足在壓力試驗(yàn)( 1. 5 倍大允許工作壓力) 載荷下，避免*變形和滿足非圓形通道的應(yīng)力集中的要求。
根據(jù)實(shí)際檢驗(yàn)和測(cè)試，應(yīng)力集中對(duì)閥體變形影響大的部位在閥體中腔和密封面區(qū)域，因而影響閥門的密封性能。針對(duì)高壓閥體，在其外部設(shè)置了整體鑄造加強(qiáng)筋( 圖2 和圖3) 或者增加閥體壁厚，確保閥體在高壓時(shí)有足夠的剛性。閥體密封面設(shè)計(jì)成內(nèi)部凸起結(jié)構(gòu)，使其工藝性好，方便機(jī)加工和磨頭磨削，在閥門全關(guān)時(shí)中腔適合采用吹掃工藝。
閥體加載靜態(tài)應(yīng)力分布
圖2 閥體加載靜態(tài)應(yīng)力分布
閥體加載靜態(tài)位移分布
圖3 閥體加載靜態(tài)位移分布
4.2、塞子
塞子為整體式結(jié)構(gòu)，剛性好，有利于閥門在高壓差工況應(yīng)用。塞子通孔設(shè)計(jì)成近似矩形，塞子設(shè)計(jì)有上下樞軸，與上下支撐板的高精度內(nèi)孔配合。支撐板外圓與閥體上下法蘭端部的內(nèi)孔精密配合，使作用于塞子的介質(zhì)壓力通過(guò)支撐板傳遞到閥體上，避免塞子在高壓力和高壓差工況下受高速流體沖刷導(dǎo)致振動(dòng)，增強(qiáng)塞子的穩(wěn)定性。另外，當(dāng)閥門安裝要求閥桿水平或傾斜時(shí)，這種結(jié)構(gòu)也消除了塞子因自重對(duì)閥門性能產(chǎn)生的不利影響。通過(guò)分析，塞子的應(yīng)力和變形集中在塞子中部和塞子通孔邊緣處，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮( 圖4 和圖5) 。
塞子加載靜態(tài)應(yīng)力分布圖4 塞子加載靜態(tài)應(yīng)力分布
塞子加載靜態(tài)位移分布圖5 塞子加載靜態(tài)位移分布塞子材料一般選用鑄造碳鋼堆焊硬質(zhì)合金。對(duì)于Class 600 以上壓力等級(jí)，宜采用鍛造碳鋼堆焊硬質(zhì)合金，或采用鑄造馬氏體不銹鋼加熱表面硬化工藝，熱處理后硬度控制在35 ～ 40HRC，研磨后防止侵蝕和粘結(jié)。閥體和塞子密封面全部堆焊硬質(zhì)合金，既防止咬合，又延長(zhǎng)閥門使用壽命。
4.3、閥桿
閥桿結(jié)構(gòu)參照楔式閘閥閥桿設(shè)計(jì)方法，考慮閥桿中部有橫銷通孔，適當(dāng)加大閥桿直徑。因?yàn)殚y門行程短，所以閥桿的絲桿部分只有同規(guī)格閘閥的1 /10 ～1 /5。因而金屬密封旋塞閥開啟速度快。
4.4、閥蓋和底蓋
閥蓋密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為凹凸面或環(huán)連接，以滿足不同壓力等級(jí)的要求。對(duì)于大口徑閥門，采用支架和閥蓋分體式設(shè)計(jì)。另外，金屬密封旋塞閥閥蓋的閥桿孔處設(shè)有上密封座，與閥桿端部的90°錐面配合，形成閥門的上密封副，滿足在線更換填料的要求，維護(hù)方便。閥門支架上部設(shè)有導(dǎo)槽，導(dǎo)槽與滾輪配合，即可完成塞子升降和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)動(dòng)作。支架上端法蘭按GB /T12222 設(shè)計(jì)，可用于安裝各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。底蓋上設(shè)有排放孔，可用于排除和吹掃體腔內(nèi)污物。
5、制造與檢驗(yàn)
提升式金屬密封旋塞閥的閥體和塞子的錐形密封面結(jié)構(gòu)形狀特殊，加工精度要求高，是制造的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。首先采用大型數(shù)控立式車床加工錐面，然后再用高精度數(shù)控磨削中心用同一個(gè)砂輪磨削閥體和塞子的密封錐面，使表面粗糙度達(dá)Ra 0. 2μm。經(jīng)過(guò)對(duì)旋塞閥樣機(jī)按API 598 要求進(jìn)行了多次殼體強(qiáng)度、高低壓密封和上密封試驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目全部合格，樣機(jī)試制成功。
6、結(jié)語(yǔ)
提升式金屬密封旋塞閥適用于高溫高壓差工況，可以達(dá)到零泄漏，提升了旋塞閥的產(chǎn)品性能。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：減壓閥裂紋檢修
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