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新型截止阀阀瓣导向结构的设计
2018-7-12 16:33 中国泵阀制造网 作者:佚名 点击:2056
【中国泵阀制造网 行业论文】对于大口径和高压力等级的截止阀,在设计过程中有必要对其阀瓣的歪斜量进行计算和分析,以明确介质冲击对阀瓣位置变化的影响,从而改善导向设计,优化产品结构。双导向结构能有效地降低介质冲击力对阀瓣歪斜量的影响,能大大改善阀瓣的对中性,确保阀瓣在运动时不会倾斜或翘起而导致密封副不均匀磨损和泄露。阀瓣导向与阀体精密配合,保证了阀瓣与阀座的同轴度要求,还可防止在阀杆上产生侧面推力。

蒋 威

(福建省特种设备检验研究院,福州350000)

摘要截止阀阀瓣在启闭过程中因外力作用而发生歪斜,容易使密封副表面擦伤,影响阀门密封性能和使用寿命。新型截止阀阀瓣导向结构能有效地改善阀瓣的对中性,降低外力对阀瓣歪斜量的影响,提高阀门密封可靠性。

关键词:截止阀  阀瓣  导向  导向爪

作为最重要的截断类阀门之一,截止阀被广泛应用于石油、化工、航空航天和核电等重要领域。截止阀对其所在的管路中的介质起着切断和节流的重要作用。其密封是通过对阀杆施加扭矩,阀杆在轴向方向上向阀瓣施加压力,使阀瓣密封面和阀座密封面紧密贴合,从而起到介质截断作用。截止阀在开启和关闭过程中,由于其阀瓣进口侧承受高速流动介质的冲击力(见图1),会使阀瓣向阀门出口侧发生一定的歪斜。

对于大口径和高压力等级的截止阀,过大的介质冲击力将使阀瓣被流体推向侧面,导致阀瓣与阀座无法密封;阀瓣密封面与阀座密封面产生的歪斜量过大,强行关闭后,密封面贴合不严密,密封副产生不均匀磨损和表面擦伤;阀杆、阀杆螺母和阀瓣组件受力不均匀,阀门启闭卡涩,在极端条件下,还会造成阀杆弯曲损坏的现象,影响阀门密封性能和使用寿命。因此,对于大口径和高压力等级的截止阀,在设计过程中应充分考虑降低介质冲击力对阀瓣歪斜量影响的方法,以提高阀门的密封可靠性和使用寿命。基于以上原因,笔者设计了如图2所示的阀瓣双导向结构。

截止阀,阀瓣

图1 截止阀阀瓣开启后承受的侧向冲击

截止阀,阀瓣

图2 双导向阀瓣结构

1 结构特点

该截止阀阀瓣有两处导向结构:密封面以上的导向环以及密封面以下的三爪导向结构(见图3)。双导向结构能大大改善阀瓣的对中性,降低介质冲击力对阀瓣歪斜量的影响。特别对于高磅级截止阀,即使高速度或高压力差对阀瓣侧向产生冲击力,也能保证阀瓣与阀座密封面的正常位置,提高了阀门的密封可靠性及使用寿命。

截止阀,阀瓣

图3 双导向阀瓣

2 阀瓣歪斜量计算分析

对于大口径和高压力等级的截止阀,在设计过程中有必要对其阀瓣的歪斜量进行计算和分析,以明确介质冲击对阀瓣位置变化的影响,从而改善导向设计,优化产品结构。图4为简化的阀瓣歪斜示意图,表示在极限条件下,阀瓣在即将完全关闭时的歪斜情况。

图4中,φDmax为导向孔最大极限尺寸,φdmin为阀瓣外圆最小极限尺寸,φd1为阀瓣小头尺寸,α 为阀瓣歪斜角度,L1为阀瓣总高,L2为阀瓣有效导向长度,L3为阀瓣头偏斜与中心线最远距离,L4为阀瓣头歪斜量,L5、L6、L7为中间过程计算量。

为了使阀瓣在发生歪斜后仍能实现其基本的密封性能,必须满足:

截止阀,阀瓣(1)

由图4可得:

截止阀,阀瓣

以J41W-1600LB截止阀为例,当其阀瓣形状为图1和图2所示时,分别计算其阀瓣歪斜量。

截止阀,阀瓣

图4 阀瓣歪斜示意图

2.1 图1所示单导向阀瓣歪斜量

其中,导向孔最大极限尺寸φDmax=106.22mm,阀瓣外圆最小极限尺寸φdmin=105.4mm,阀瓣小头尺寸φd1=89mm,阀瓣总高L1=170mm,阀瓣有效导向长度L2=73mm,阀座孔直径φD1=92mm。将以上数据代入式(1)、式(2)、式(3)可得:L3=45.99mm<0.5φD1=46mm,满足要求。

2.2 图2所示双导向阀瓣歪斜量

其中,导向孔最大极限尺寸φDmax=106.22mm,阀瓣外圆最小极限尺寸φdmin=105.4mm,阀瓣小头尺寸φd1=89mm,阀瓣总高L1=170mm,阀瓣有效导向长度L2=L1=170mm,阀座孔直径φD1=92mm。将以上数据代入式(1)、式(2)、式(3)可得:L3=44.91mm<0.5φD1=46mm,满足要求。

对比两种阀瓣导向结构的阀瓣歪斜量计算结果可知,在相同条件下,图2所示的双导向结构阀瓣具有更小的歪斜量,对中性能更好。对于单导向阀瓣,其实际导向长度要达到73mm才能满足歪斜量要求(经计算,当L2<73mm时,L3>0.5φD,在极限条件下,阀瓣密封面将与阀座密封面脱离,密封失效);而双导向结构阀瓣为全程导向,阀瓣总高即为实际有效导向长度,在考虑其强度和磨损余量的基础上可以大大缩短上导向环的宽度,更小的上导向尺寸也能大大节省阀体中腔的空间,优化了阀体结构。

3 设计优缺点

3.1 优点

一是双导向结构能有效地降低介质冲击力对阀瓣歪斜量的影响,能大大改善阀瓣的对中性,确保阀瓣在运动时不会倾斜或翘起而导致密封副不均匀磨损和泄露。二是阀瓣导向与阀体精密配合,保证了阀瓣与阀座的同轴度要求,还可防止在阀杆上产生侧面推力。双导向结构可以确保阀杆受力均衡,阀门启闭灵活,不会发生卡涩现象。三是该结构能在一定程度上优化阀体结构,降低整机重心,提高抗震性能。

3.2 缺点

一是双导向阀瓣结构较为复杂,对加工工艺要求更高,提高了生产成本。二是密封面以下的三爪导向结构,容易对阀门流通能力(流阻)产生影响,因此在保证导向爪的强度的基础上,其截面尺寸不宜过大,而且应当对称布置。装配时应注意阀瓣导向爪避开入口通道,以降低其对流阻的影响。必要时应进行流量流阻分析或试验。

4 结语

双导向阀瓣结构在高磅级截止阀中具有一定的应用意义,适用于高压、高风险和对阀门密封性能及可靠性要求较高的工况,能有效地降低介质冲击力对阀瓣歪斜量的影响,提高阀门的密封性能和使用寿命。

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(来源:中国泵阀第一网)

本文标签: 截止阀 阀瓣 
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