提升式金屬密封旋塞閥結(jié)構(gòu)特點

                       提升式金屬密封旋塞閥結(jié)構(gòu)特點

                         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)特點產(chǎn)品簡介

之前介紹彈簧微啟式燃氣安全閥應(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、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

1、概述

旋塞閥具有結(jié)構(gòu)簡單和流阻小等特點，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。普通的襯套旋塞閥、油潤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槽設(shè)計，實現(xiàn)了閥門開啟無摩擦提升并旋轉(zhuǎn)的功能，降低了閥門操作過程中密封面擦傷、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、維護方便、可高溫吹掃和安裝等優(yōu)點，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，還具有閥門開啟密封面無摩擦、開啟省力等優(yōu)點，適用于作為高溫高壓工況的管路切斷閥。該產(chǎn)品已由中國石油化工集團公司、中國石化工程建設(shè)公司、洛陽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，逆時針旋轉(zhuǎn)手輪，帶動閥桿螺母旋轉(zhuǎn)，閥桿螺母帶動閥桿上升。閥桿和旋塞通過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向槽內(nèi)滾動，閥桿的升降和旋轉(zhuǎn)運動由該導向槽限制。導向槽由直槽和螺旋槽兩部分組成，直槽限制閥桿升降運動，螺旋槽限制閥桿作90度旋轉(zhuǎn)運動。當閥桿和旋塞上升一定距離時，旋塞和閥體密封面分離，滾輪進入螺旋槽，閥桿帶動旋塞旋轉(zhuǎn)90度，就將閥門打開。

三、質(zhì)量技術(shù)優(yōu)勢
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：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)計初期就采用FEA軟件對重要零部件進行應(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)部門擁有兩臺大型數(shù)控立式車床和兩臺高精度數(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砂輪架磨削，二者角度分毫不差，表面粗糙度達Ra0.4，不需要再進行互配研磨，密封性能非常理想。公司質(zhì)量部門對每一臺閥門嚴格按API598和API6D檢驗及試驗，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° 分布的導槽，導槽包括直槽和螺旋槽。開啟閥門時，驅(qū)動裝置( 如手輪) 帶動閥桿螺母轉(zhuǎn)動，滾輪沿直槽滾動上升，閥桿和塞子一起上升，塞子和閥體密封面軸向無摩擦分離。閥桿螺母繼續(xù)轉(zhuǎn)動，滾輪沿螺旋槽滾動，閥桿和塞子逆時針旋轉(zhuǎn)90°，閥門全開。關(guān)閉閥門時，驅(qū)動裝置帶動閥桿螺母轉(zhuǎn)動，滾輪沿螺旋槽滾動，閥桿和塞子順時針旋轉(zhuǎn)90°，閥桿螺母繼續(xù)轉(zhuǎn)動，滾輪沿直槽滾動，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

閥門設(shè)計采用API 599 并參考API 600 標準，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)行機構(gòu)提供的力矩控制，屬于強制密封閥門。提升式金屬密封旋塞閥



四、技術(shù)參數(shù)
1、壓力等級：150Lb，300Lb，600Lb，900Lb，1500Lb。
2、公稱尺寸：NPS2～NPS40(DN50～DN1000)。
3、適用溫度：≤600℃（標準結(jié)構(gòu)）。
4、應(yīng)用規(guī)范：   
     A   結(jié)構(gòu)長度按ASME B16.10；    
     B   連接法蘭按ASME B16.5； 
     C   閥門的檢驗和試驗按API598。
5、主體材料：WCB、C5、WC6、WC9、CF8、CF8M、CF3、CF3M等。

五、型號編制說明

1單元—提升式硬密封旋塞閥；
2單元—傳動形式代號，同JB/T308標準；
3單元—連接形式代號，同JB/T308標準；
4單元—結(jié)構(gòu)形式代號，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，同JB/T308標準；
6單元—壓力等級代號，用Class數(shù)值加Lb表示；
7單元—閥體材質(zhì)代號，JB/T308標準。

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大。殼體小壁厚滿足在壓力試驗( 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)實際檢驗和測試，應(yīng)力集中對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。針對高壓閥體，在其外部設(shè)置了整體鑄造加強筋( 圖2 和圖3) 或者增加閥體壁厚，確保閥體在高壓時有足夠的剛性。閥體密封面設(shè)計成內(nèi)部凸起結(jié)構(gòu)，使其工藝性好，方便機加工和磨頭磨削，在閥門全關(guān)時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)計成近似矩形，塞子設(shè)計有上下樞軸，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致振動，增強塞子的穩(wěn)定性。另外，當閥門安裝要求閥桿水平或傾斜時，這種結(jié)構(gòu)也消除了塞子因自重對閥門性能產(chǎn)生的不利影響。通過分析，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)計時應(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。對于Class 600 以上壓力等級，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)計方法，考慮閥桿中部有橫銷通孔，適當加大閥桿直徑。因為閥門行程短，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)計為凹凸面或環(huán)連接，以滿足不同壓力等級的要求。對于大口徑閥門，采用支架和閥蓋分體式設(shè)計。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，維護方便。閥門支架上部設(shè)有導槽，導槽與滾輪配合，即可完成塞子升降和旋轉(zhuǎn)兩個動作。支架上端法蘭按GB /T12222 設(shè)計，可用于安裝各種執(zhí)行機構(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

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)鍵點和難點。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砂輪磨削閥體和塞子的密封錐面，使表面粗糙度達Ra 0. 2μm。經(jīng)過對旋塞閥樣機按API 598 要求進行了多次殼體強度、高低壓密封和上密封試驗項目的測試，測試項目全部合格，樣機試制成功。

6、結(jié)語

提升式金屬密封旋塞閥適用于高溫高壓差工況，可以達到零泄漏，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