雙閥瓣截止閥的設(shè)計及應(yīng)用

武漢鍋爐集團(tuán)閥門有限責(zé)任公司 湖北 武漢

截止閥是截斷類閥門中最普遍采用的閥門之一，廣泛的應(yīng)用于各種類型及不同參數(shù)的壓力管道上，擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，如：在開啟和關(guān)閉的過程中，截止閥閥瓣密封面與閥座密封面間無滑動摩擦，摩擦力比閘閥小的多，更耐磨損和擦傷；結(jié)構(gòu)簡單、制造加工方便且便于維修；開啟高度也比閘閥小的多，在對安裝高度有限制的管道上應(yīng)用優(yōu)勢明顯。但是由于截止閥開啟和關(guān)閉的力較大，所需驅(qū)動裝置的推力較大；同時，結(jié)構(gòu)長度較長，閥門整體偏大，制造成本偏高；因此，在各類高壓力、大口徑的管道上，截止閥的應(yīng)用相對較少。為了迎合市場的需求，擴(kuò)大截止閥在高壓力、大口徑管道上的應(yīng)用范圍，設(shè)計研發(fā)了雙閥瓣類型的截止閥。

2．設(shè)計原理

2.1初始條件下閥門關(guān)閉，管道中的介質(zhì)流入閥體，通過大閥瓣上的小孔進(jìn)入大閥瓣內(nèi)腔，啟動驅(qū)動裝置，使得閥桿帶動小閥瓣先行開啟，打開內(nèi)密封，介質(zhì)通過小閥瓣流出，閥門兩端的壓力差迅速減小，繼續(xù)開啟小閥瓣直至完全打開（約為1/3的閥門行程），閥桿繼續(xù)上升帶動大閥瓣開啟，打開外密封，閥門完全開啟。

2.2閥桿所受的作用力為開啟小閥瓣所需的力以及介質(zhì)作用在大閥瓣上的力(重力可忽略不計)，小閥瓣開啟后，閥門進(jìn)出口之間的壓力差減?。ㄖ饕Q于內(nèi)外密封之間的面積比），此時開啟大閥瓣，介質(zhì)作用在大閥瓣上的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直接采用單閥瓣時介質(zhì)作用在閥瓣上的力，即閥桿所受的總作用力減小，閥桿直徑變小，中腔尺寸變小，閥門的整體結(jié)構(gòu)減小，重量減輕，同時打開閥門所需驅(qū)動裝置的推力減小，同時降低了閥門和驅(qū)動裝置的制造成本，提高閥門的使用經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3．結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1截止閥設(shè)計為大、小兩個閥瓣，介質(zhì)流向為高進(jìn)低出的結(jié)構(gòu)形式（見圖1）。小閥瓣與大閥瓣通道口的直徑比約為1:2，具體數(shù)值可依據(jù)截止閥設(shè)計壓力及口徑的大小來確定。

圖1

1.閥體2.大閥瓣3.小閥瓣4.閥瓣壓蓋5.止動圈6.閥桿

3.2小閥瓣與閥桿之間的連接采用T型槽連接，為活動連接，具有一定的萬向性。大閥瓣以閥瓣壓蓋與閥桿端部連接，并用止動圈鎖緊；啟閉時，閥瓣與閥體密封面間無旋轉(zhuǎn)磨擦。

3.3內(nèi)密封均采用平面強(qiáng)制密封，靠閥瓣和閥座密封平面緊密貼合達(dá)到，密封可靠，制造加工簡單。密封面采用耐沖蝕、耐磨損、抗擦傷性好的STL硬質(zhì)合金堆焊而成，抗沖蝕、耐磨損，使用壽命長。

3.4閥門中腔采用內(nèi)壓自緊式密封（伍德密封）結(jié)構(gòu)，內(nèi)壓越高，密封效果越好。

3.5大閥瓣外圓上加工凹槽后再進(jìn)行鉆孔，使得介質(zhì)可以沿著孔流進(jìn)大閥瓣內(nèi)腔，制造加工簡單。為避免小閥瓣與大閥瓣之間的內(nèi)腔憋壓，在大閥瓣頂部開了泄壓孔。

3.6閥桿采用38CrMoAlA合金鋼材料，表面進(jìn)行了氮化處理，提高其抗腐蝕性；設(shè)計上保證閥桿與填料組件間有適當(dāng)間隙，避免產(chǎn)生卡死現(xiàn)象。

3.7閥體為鍛造閥體，避免由于鑄造閥體引起的夾渣、氣孔、裂紋等缺陷，提高截止閥在運(yùn)用過程中的安全性，增強(qiáng)閥門的使用壽命。

3.8該類型截止閥主要用于高壓力、大口徑的系統(tǒng)管道上。

4．設(shè)計計算

4.1閥門主要零部件的設(shè)計計算依據(jù)閥門設(shè)計計算手冊及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行。

4.2閥桿上的總作用力計算

FZ=Fz1+Fz2

FZ1=FMJ1+FT+FJ-FP+FG1

FZ2=FMJ2+FG2

式中：FZ—閥門開啟時閥桿上的總作用力，N

FZ1—閥門開啟時閥桿帶動小閥瓣所需的作用力，N

FZ2—閥門開啟時閥桿帶動大閥瓣所需的作用力，N

FMJ1—介質(zhì)作用在小閥瓣上的力，N

FMJ2—介質(zhì)作用在大閥瓣上的力，N

FT—閥桿與填料摩擦力，N

FJ —開啟時防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中的摩擦力，N

FP —介質(zhì)作用于閥桿上的軸向力，N

FG1—小閥瓣密封機(jī)構(gòu)的重力，N(一般忽略不計)

FG2—大閥瓣密封機(jī)構(gòu)的重力，N(一般忽略不計)

4.3在實際使用過程中，為了更好的減小介質(zhì)作用力，保證閥門輕松開啟，可在小閥瓣打開后先停頓一段時間，讓更多的介質(zhì)流過閥門，使得閥門兩端的壓力差盡量減小，以減小開啟大閥瓣時介質(zhì)對閥瓣的作用力，減小閥桿受力，更好的保護(hù)閥門，延長閥門的使用壽命。

5．閥門使用注意事項

5.1截止閥在使用時作啟閉裝置用，必須處于全開或全關(guān)的位置。

5.2截止閥必須按照閥體上的流通方向標(biāo)識安裝，不能反裝。安裝前應(yīng)清洗閥門，檢查密封面質(zhì)量及活動部件的配合運(yùn)轉(zhuǎn)是否靈活。

5.3密封圈使用一次后如發(fā)現(xiàn)有表面刮傷、形狀橢圓等缺陷，即需予以更換不得重復(fù)使用，避免閥門出現(xiàn)外漏現(xiàn)象。

5.4體腔在開始升壓瞬間如發(fā)現(xiàn)中腔泄漏，可再擰緊壓緊螺母直到密封，若仍未達(dá)到密封，可采用手輪提升閥桿，使填料室再次升高，壓緊楔形密封圈，使其密封。當(dāng)介質(zhì)壓力升高后壓緊螺母自動松掉，此時再適當(dāng)擰緊。

5.5四分環(huán)拆裝時，應(yīng)作標(biāo)記，保證四塊為同一厚度，安裝時四分環(huán)兩側(cè)面平行的一塊應(yīng)最后裝入，且兩側(cè)面平行的一塊之一需位于閥體徑向孔處，拆卸時位于徑向孔處的兩側(cè)面平行的一塊要最先拆出。

5.6安裝位置要考慮手動操作及維修方便。

6．結(jié)語

雙閥瓣截止閥充分利用小閥瓣先行開啟進(jìn)行泄壓的方式，減小閥桿的受力，避免了截止閥因閥桿所受力矩較大而導(dǎo)致的閥門本體笨重以及選擇大推力驅(qū)動裝置而引起的成本提升，在可控范圍內(nèi)最大限度的優(yōu)化了截止閥的優(yōu)點(diǎn)，使得截止閥在大口徑管道上的應(yīng)用更為經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠，同時減少截斷閥門的損傷引起的資源消耗，達(dá)到了結(jié)構(gòu)精簡、降低成本、使用安全的目的，滿足高溫高壓、大口徑工況系統(tǒng)對截止閥的需求，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

7.參考文獻(xiàn)

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ANSI/ASME B16.34-2004，法蘭、螺紋和焊接連接的閥門[S].

8.作者簡介

周青楊(1986- )，女，工程師。