平底放料閥結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)研究

陳龍龍 田俊 劉耀武

摘要：本文介紹了平底放料閥的結(jié)構(gòu)特征及工作原理，主要研究探討了優(yōu)化后的平底放料閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)閥門企業(yè)平底放料閥的結(jié)構(gòu)改進(jìn)與可靠應(yīng)用提供了一定的理論與實(shí)踐借鑒。

Abstract： This paper introduces the structural characteristics and working principle of the flat-bottom discharge valve. The main design of the structure of the optimized flat-bottom discharge valve is discussed， which provides some theoretical and practical references for the structural improvement and reliable application of flat-bottom discharge valves in valve enterprises.

關(guān)鍵詞：平底放料閥;優(yōu)化改進(jìn);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Key words： flat bottom discharge valve;optimization and improvement;structural design

中圖分類號(hào)：TH137.52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）36-0177-02

0? 引言

近年來我國氧化鋁行業(yè)發(fā)展迅猛，進(jìn)一步加劇了我國鋁土礦資源存貧化、品味下降、對(duì)外依存度高的發(fā)展現(xiàn)狀，目前我國的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)主要集中在山東、山西、河南、廣西、貴州等省份，如何提高氧化鋁行業(yè)的產(chǎn)出比，延伸氧化鋁產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)一步縮小氧化鋁產(chǎn)品的同質(zhì)化，對(duì)我國氧化鋁的良性發(fā)展意義重大。本文研究的平底放料閥，作為主要適用于氧化鋁礦砂放料裝置，屬于管路上控制氧化鋁介質(zhì)的主控閥，是氧化鋁生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要設(shè)備，由于氧化鋁介質(zhì)高溫高硬度的特點(diǎn)，該閥門一般情況下，使用壽命不超過4個(gè)周期（一個(gè)周期大概45天左右），要求閥門有耐磨、耐壓、耐沖刷等特點(diǎn)，不允許閥門外漏，平底放料閥，特別是小口徑平底放料閥，因其閥門本身結(jié)構(gòu)緊湊、流道限制等，如何優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，減少其泄漏點(diǎn)，對(duì)延長閥門的使用壽命有極大的促進(jìn)意義。

1? 平底放料閥的特征與種類

常見的平底放料閥閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有Y型（直流式）和角式兩種結(jié)構(gòu)，Y型（直流式）平底放料閥閥瓣啟閉軸線與閥體流道出口端軸線成一夾角，通常為45°～60°，角式平底放料閥體為90度角。按照閥瓣的啟閉方式，又可分為內(nèi)開式平底放料閥和外開式平底放料閥，內(nèi)開式為閥瓣往上升才能出料，外開式為閥瓣下降才能出料。按照驅(qū)動(dòng)方式可以分為手動(dòng)、傘齒輪、電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等幾類種類，目前，隨著智能化、信息化的進(jìn)一步發(fā)展，帶有遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也逐漸被企業(yè)所采用。

2? 平底放料閥的主要功能

平底放料閥主要由閥體、閥瓣、閥座、對(duì)開圓環(huán)、耐沖刷護(hù)套、密封圈、閥桿、支架、閥壓蓋、法蘭、螺母、定位螺釘、填料、防塊塊及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，平底放料閥一般情況下安裝在容器、反應(yīng)釜、儲(chǔ)罐的底部作為取樣、排料、放料及無死區(qū)關(guān)斷使用，同時(shí)達(dá)到消除容器底端的殘留物的作用。

平底放料閥開關(guān)由手輪或傘齒輪（電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)）帶動(dòng)閥桿螺母轉(zhuǎn)動(dòng);閥桿螺母帶動(dòng)閥桿上下運(yùn)動(dòng)（閥桿通過梯形螺紋與閥桿螺母連接），上下運(yùn)動(dòng)時(shí)有防轉(zhuǎn)、導(dǎo)向裝置，閥桿不會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn);閥瓣在支架導(dǎo)向筋的作用下隨閥桿作上下啟閉運(yùn)動(dòng)，閥瓣上部通過活動(dòng)半圓槽與閥桿頭部連接，并在閥瓣與閥體筒體間的限位作用下隨閥桿作上下啟閉運(yùn)動(dòng)，向反應(yīng)釜或儲(chǔ)罐內(nèi)伸，實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)操作。底部法蘭可拆卸，焊接到反應(yīng)釜或儲(chǔ)罐底部（注意：閥門必需是關(guān)閉狀態(tài)拆卸法蘭）。一般情況下對(duì)于小口徑平底放料閥采用旋轉(zhuǎn)升降桿，大口徑采用升降桿式。

3? 平底放料閥的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 耐沖刷襯套（護(hù)套）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

閥體內(nèi)腔在介質(zhì)沖刷最集中的部位設(shè)計(jì)有耐沖刷、耐腐蝕的襯套（護(hù)套）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在開啟閥門瞬間，可以保護(hù)閥體不被介質(zhì)沖刷，腐蝕，并對(duì)襯套進(jìn)行特殊處理，使表面硬度達(dá)到HRC56-62，具有高耐磨、耐腐蝕的功能，在襯套襯套可以拆卸，并更換，這樣很大程度上延長了閥門的使用壽命。

3.2 閥瓣密封副結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見圖1 ）

閥瓣與閥座密封面處除采用堆焊高硬度的硬質(zhì)合金材料外，可采用噴焊碳化鎢（WC）硬質(zhì)合金，硬度可達(dá)到HRC58-68，這樣使閥瓣密封面硬度進(jìn)一步提高，密封面選用新型的球面線密封組合結(jié)構(gòu)，提高了密封面耐沖刷性能，保證密封的可靠性，以及閥的使用壽命。

同時(shí)閥瓣密封面處采用導(dǎo)向切口機(jī)構(gòu)，并且對(duì)下密封表面進(jìn)行硬化處理。當(dāng)關(guān)閉閥門時(shí)，通過閥瓣處的導(dǎo)向切口，能夠切碎粘附在閥瓣表面上的結(jié)垢，使閥瓣上下密封面都能很好的與閥座密封面接觸，起到雙重密封的效果，進(jìn)而提高了閥門的工作性能。

3.3 閥桿抗摩傷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

閥桿采用鍛造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有上密封軸肩，同時(shí)保證閥桿下端在閥門內(nèi)部部分的受力面積大于梯形螺紋的受力面積，即保證閥桿受力破壞發(fā)生在閥蓋的外部。為提高閥桿表面硬度和耐磨性，該閥桿表面可根據(jù)用戶需求進(jìn)行輝光離子氮化處理，可使閥桿表面硬度達(dá)到HV1100以上，有效的提高閥桿抗擦傷能力與耐腐蝕性能。

3.4 閥桿防轉(zhuǎn)、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于升降式結(jié)構(gòu)，閥桿設(shè)有防轉(zhuǎn)、導(dǎo)向裝置（設(shè)置在體腔外部），不與介質(zhì)接觸，保證閥桿在開啟和關(guān)閉時(shí)只做直線運(yùn)動(dòng)，不做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);同時(shí)也避免了導(dǎo)向部位卡死現(xiàn)象。

3.5 閥桿螺母結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見圖2）

上裝式閥桿螺母，閥門開啟時(shí)，即使拆去手輪，閥瓣也不會(huì)因重力下落;大口徑閥門在閥桿螺母上配有推力軸承以減小閥門開關(guān)力矩，啟閉靈活、輕便，同時(shí)設(shè)計(jì)有注脂結(jié)構(gòu)，可以通過油杯給軸承處注入密封脂，進(jìn)一步減小了啟閉力矩。

3.6 填料函結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見圖3）

在閥桿密封處采用了柔性石墨和編織石墨材質(zhì)的組合（即一層柔性石墨一層編織石墨填料）。在柔性石墨環(huán)的上下是編織柔性石墨，編織石墨能起到增加填料彈性，防止柔性石墨環(huán)被擠出的作用，可以更好地起到密封防漏的作用。低壓閥門填料不少于5圈，中高壓閥門填料不少于6圈。對(duì)于300磅～2500磅級(jí)，填料中間帶有填料隔環(huán)。

在下填料壓蓋下部，設(shè)計(jì)了錐形刀口，刀口部分經(jīng)過特殊處理，可在閥桿的上升過程中將閥桿上的結(jié)垢刮除，在下填料函中裝有陶瓷纖維除污圈，可有效的阻止顆粒進(jìn)入上填料，并且去除閥桿外表面的附著物，保護(hù)上填料不被破壞。

3.7 上密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于內(nèi)開式平底放料閥結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)有上密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)閥全開時(shí)可以保護(hù)填料，阻止介質(zhì)從填料函處滲漏。緊急情況下，也可以在在線更換填料。

3.8 三維輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過三維輔助設(shè)計(jì)及力學(xué)性能分析可以進(jìn)一步優(yōu)化某些結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)于一些小口徑平底放料閥利用三維仿真分析，可以使得設(shè)計(jì)更為直觀，例如對(duì)于小口徑平底放料閥，由于其結(jié)構(gòu)緊湊及流道直徑的限制，對(duì)其底法蘭與閥體之間的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就提出了更高的要求，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)，不能直觀判定如果采取改進(jìn)后結(jié)構(gòu)閥體底法蘭處能否有足夠的豎直距離在放入螺栓后仍有能放入螺母的距離，該距離通過計(jì)算也由于閥體的形狀不規(guī)則性，不容易計(jì)算。但是，通過三維仿真分析，我們可以直觀判定改進(jìn)后結(jié)構(gòu)是否可行，有效避免了改進(jìn)前結(jié)構(gòu)的泄漏點(diǎn)。筆者在實(shí)際工作中就利用三維仿真軟件解決了一個(gè)類似設(shè)計(jì)難點(diǎn)問題，一是通過仿真分析，直觀測量距離，二是通過微調(diào)了底法蘭與閥體連接螺栓孔的角度，成功克服了泄漏點(diǎn)問題。

4? 結(jié)論

本文對(duì)平底放料閥的功能進(jìn)行了介紹，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)與改進(jìn)，通過八個(gè)方面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)，使得閥門操作方便，開啟自由，運(yùn)動(dòng)靈活可靠，閥瓣裝配維修簡單，密封結(jié)構(gòu)合理，密封圈更換方便，進(jìn)一步提高了平底放料閥的整體性能，有利于提高閥門的密封，耐沖刷、耐壓性能，其使用周期可延長至4-8個(gè)周期。

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