壓力平衡式管線旋塞閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

                      壓力平衡式管線旋塞閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

                         上海申弘閥門有限公司

1、壓力平衡式管線旋塞閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)概述
之前介紹彈簧微啟式燃?xì)獍踩y應(yīng)用，現(xiàn)在介紹管線旋塞閥是用于長(zhǎng)輸天然氣管線及場(chǎng)站控制系統(tǒng)的切斷閥門, 能夠滿足天然氣管線特殊要求。該閥要求具有適合苛刻工況、使用壽命30年以上、雙向零泄漏、防火和防靜電、耐酸性介質(zhì)腐蝕、以及操作省力等特殊技術(shù)性能。管線旋塞閥執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是API 6D5石油和天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)管線閥門6和API 5995法蘭和焊連接的金屬旋塞閥6。目前, 國(guó)內(nèi)天然氣管線及場(chǎng)站控制系統(tǒng)使用的旋塞閥全部采用進(jìn)口的倒裝平衡式油密封旋塞閥。管線旋塞閥的國(guó)產(chǎn)化開發(fā)及在長(zhǎng)輸天然氣管線系統(tǒng)推廣應(yīng)用具有重要作用。

2、壓力平衡式管線旋塞閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)閥門結(jié)構(gòu)
平衡式管線旋塞閥開發(fā)設(shè)計(jì)GX系列壓力平衡式管線旋塞閥是用于天然氣長(zhǎng)輸管線的切斷閥，閥門的壓力等級(jí)class 150～class2500，公稱尺寸NPS2～NPS24，工作溫度≤180℃，相比于其它閥門，此閥門更適用于天然氣的高壓差、節(jié)流、放空和排污等工況。

二、工作原理
GX系列旋塞閥主要由閥體、閥桿、旋塞、平衡環(huán)、底蓋、旋塞調(diào)整螺桿、底蓋密封調(diào)整墊、注脂閥及操作機(jī)構(gòu)等組成。閥桿帶動(dòng)旋塞順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90度可將閥門關(guān)閉，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度就將閥門開啟。流道設(shè)計(jì)成文丘里型，小流通面積大于接管面積的50%。

三、功能質(zhì)量的四大優(yōu)勢(shì)
1、主件材料
閥體材質(zhì)WCB/WCC，壁厚符合API 599標(biāo)準(zhǔn)，旋塞采用A105鍛件，皆經(jīng)過(guò)正火加回火熱處理，提供足夠的強(qiáng)度和抗疲勞性能。
2、密封副性能* 
旋塞表面噴焊鈷基或鎳基硬質(zhì)合金，提高密封副的硬度差，增強(qiáng)抗咬合性，確保30年的使用壽命。
3、雙向零泄漏
閥體和旋塞的密封面均采用高精度數(shù)控磨床精磨，并用精密研磨機(jī)床配研。
4、優(yōu)化設(shè)計(jì)分析
采用ANSYS等軟件對(duì)關(guān)鍵零件進(jìn)行有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，并用CFD計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行流場(chǎng)分析，提高產(chǎn)品的綜合水平

四、技術(shù)參數(shù)
1、公稱尺寸：NPS2~24  (DN50～DN600)。
2、壓力等級(jí)：150Lb，300Lb，600Lb，900Lb，1500Lb。
3、適用溫度：-46℃ ～ 180℃（標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，具體還需按密封脂類別而定）。
4、應(yīng)用規(guī)范：       
     A   設(shè)計(jì)制造符合API 599、API 6D等標(biāo)準(zhǔn)；
     B   結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度按ASME B16.10；        
     C   連接法蘭按ASME B16.5；
     D   閥門的檢驗(yàn)和試驗(yàn)按API598。
5、主要零部件材料：WCB、A105、CF8、CF8M、4140等。



五、產(chǎn)品型號(hào)編制說(shuō)明

①單元—壓力平衡式管線塞閥；
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)，7代表油封直通式結(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)，同JB/T308標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 管線旋塞閥



平衡式管線旋塞閥開發(fā)設(shè)計(jì)
圖2 旋塞

管線旋塞閥(圖1)采用倒裝旋塞(圖2)壓力平衡式油密封結(jié)構(gòu)。該閥由閥體、閥桿、旋塞、底蓋、聯(lián)軸平衡環(huán)、預(yù)壓彈簧、旋塞調(diào)整桿、底蓋密封調(diào)整墊片、注脂閥、閥桿密封組件等組成。底部密封調(diào)整墊片通過(guò)底蓋壓緊實(shí)現(xiàn)閥體中腔與外界的*隔離, 密封可靠, 無(wú)泄漏。底部閥蓋上安裝有帶保護(hù)罩的調(diào)節(jié)螺釘, 可方便調(diào)整旋塞的位置及密封副預(yù)緊。閥門可按需要配置氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。旋塞表面硬化處理并開有特殊油槽回路, 閥體外有雙密封油脂注入裝置, 一個(gè)是通過(guò)注入油脂對(duì)閥桿實(shí)現(xiàn)緊急密封, 另一個(gè)是將油脂注入到閥體上腔。錐形旋塞體的小端通過(guò)平衡環(huán)與閥桿連接, 閥體底部閥蓋上裝有調(diào)節(jié)支撐, 可以調(diào)整旋塞的位置。閥門采用防火設(shè)計(jì), 有靜電導(dǎo)出裝置, 過(guò)流通道有全徑、規(guī)則孔及文丘里孔等類型。閥門材料可采用碳鋼、低溫鋼、不銹鋼及合金鋼。驅(qū)動(dòng)方式有電動(dòng)、氣動(dòng)和手動(dòng)等。

3、工作原理及性能特點(diǎn)
管線旋塞閥是通過(guò)閥桿旋轉(zhuǎn)90度使旋塞上的通道口與閥體上的通道口接通或斷開, 實(shí)現(xiàn)閥門開啟或關(guān)閉。通過(guò)該閥閥腔上部設(shè)計(jì)的注脂閥注入密封油脂, 該油脂在注入壓力作用下通過(guò)旋塞表面的特殊油槽均勻涂抹在密封面上, 形成致密的油膜層實(shí)現(xiàn)閥門雙向密封并起潤(rùn)滑密封面的作用。在旋塞大端開有通流的小孔, 使管道介質(zhì)能進(jìn)入旋塞底部, 旋塞在底部介質(zhì)力推動(dòng)下向上緊貼閥體倒錐面。旋塞小端裝有單向閥, 當(dāng)閥腔上部的注脂壓力高于管道介質(zhì)壓力時(shí)單向閥截止, 當(dāng)閥腔上部的油脂壓力低于介質(zhì)壓力時(shí)管道介質(zhì)通過(guò)單向閥進(jìn)入閥體上腔以補(bǔ)充油脂壓力。同時(shí)旋塞在上腔油脂壓力及旋塞自重力作用下與旋塞底部向上的介質(zhì)推力保持平衡, 可以大大減輕密封面的密封比壓, 降低閥門操作力矩, 延長(zhǎng)閥門使用壽命。

為了使旋塞閥閥體既能滿足強(qiáng)度要求,又能滿足客戶射線探傷的要求,對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式的閥體進(jìn)行了分析。結(jié)合API 6D、API 599、ASME B16.34等閥門設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行了不同結(jié)構(gòu)形式旋塞閥閥體零件的三維建模,并對(duì)各種模型進(jìn)行具有相同邊界條件和約束條件的有限元分析,從中找出滿足要求的閥體結(jié)構(gòu)。分析表明:球形結(jié)構(gòu)的旋塞閥閥體在很好地滿足閥門使用強(qiáng)度要求的同時(shí),避免了加筋結(jié)構(gòu)旋塞閥閥體不能進(jìn)行射線探傷操作、探傷結(jié)果判定不準(zhǔn)確等缺點(diǎn),對(duì)閥體零件的內(nèi)部質(zhì)量控制具有極為明顯的優(yōu)勢(shì)。管線旋塞閥與普通襯套式旋塞閥相比, 具有扭矩小, 密封性能好, 使用壽命長(zhǎng), 適用范圍寬, 旋塞位置可以調(diào)整等特點(diǎn)。

4、設(shè)計(jì)
4.1、閥體
閥體(圖3)采用倒鐘式結(jié)構(gòu)整體鑄造, 強(qiáng)度高, 剛性好, 受力均勻, 閥體和閥門質(zhì)量重心與管道重心基本重合, 操作穩(wěn)定性好。閥體壁厚按計(jì)算取值并經(jīng)有限元分析優(yōu)化。閥體密封錐面采用高速精磨及研磨加工, 表面粗糙度精度小于Ra018Lm。

4.2、旋塞
平衡式管線旋塞閥開發(fā)設(shè)計(jì)
圖3 閥體



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,蒸汽減壓閥旋塞采用倒裝式整體鍛造, 精密機(jī)械加工并研磨后表面粗糙度可達(dá)Ra 014Lm。旋塞表面采用氮化、鍍鎳磷合金或噴涂硬質(zhì)合金等表面處理方法提高表面硬度。超音速噴涂硬質(zhì)合金的表面硬度可達(dá)65HRC 以上, 鍍鎳磷合金并經(jīng)熱處理后, 其表面硬度可達(dá)58～60HRC。在油膜潤(rùn)滑下具有*的耐磨性能。旋塞錐體上部(小端)有一止回閥, 可補(bǔ)償閥腔上部的注油壓力。旋塞下部(大端)開有平衡孔, 可將介質(zhì)壓力引入旋塞底部。

4.3、密封副
管線旋塞閥密封副采用金屬密封加注油脂密封結(jié)構(gòu)。由于密封油脂的填充占位作用, 介質(zhì)中的固體顆粒物不會(huì)進(jìn)入密封面, 對(duì)密封面有非常好的保護(hù)作用。因油脂的潤(rùn)滑使閥門操作力矩小, 操作省力。旋塞表面上特殊的非對(duì)稱油槽設(shè)計(jì), 轉(zhuǎn)動(dòng)旋塞時(shí)密封脂自動(dòng)加注無(wú)泄漏, 保證油膜完整, 密封可靠。這種非對(duì)稱的油槽設(shè)計(jì)油耗損失非常小, 延長(zhǎng)了油脂的加注時(shí)間和使用周期。錐面密封使密封接觸面積大, 油膜潤(rùn)滑, 使用壽命長(zhǎng)。

4.4、閥桿及閥桿密封
閥桿強(qiáng)度和密封性能是影響閥門操作及閥門整體性能的主要因素之一。閥桿的受力主要來(lái)自于填料處的摩擦力、操作扭矩及介質(zhì)的推力。閥桿與旋塞采用滑環(huán)式連接方式, 可減小閥桿中心與旋塞錐面的同心度誤差, 改善閥桿的受力條件和操作性能。閥桿采用防脫出設(shè)計(jì), 可在線更換填料密封件。閥桿密封采用防火填料、O 形圈、加注密封脂三重密封設(shè)計(jì), 閥桿機(jī)加工后表面粗糙度可達(dá)Ra 014Lm, *閥桿密封低泄漏要求, 可可靠工作, 免緊固維護(hù)。閥桿采用4140材料整體鍛造, 并加調(diào)質(zhì)處理, 強(qiáng)度高, 韌性好。閥桿表面采用氮化或鍍鎳磷合金, 表面硬度高, 抗摩擦磨損。



4.5、閥蓋及底部結(jié)構(gòu)
底部閥蓋是閥門底部承壓件, 同時(shí)又是底部密封墊片、底部調(diào)節(jié)桿的固定和安裝支撐件, 要求具有高的剛度和強(qiáng)度。其設(shè)計(jì)制造執(zhí)行ASME規(guī)范關(guān)于法蘭蓋的設(shè)計(jì)要求。底部閥蓋的密封采用整體密封墊*隔離式結(jié)構(gòu), 在保證閥蓋螺栓緊固力時(shí)閥門具有可靠的密封。安裝在閥蓋底部的調(diào)節(jié)桿采用內(nèi)置式結(jié)構(gòu)。調(diào)整完成后旋緊壓蓋*零泄漏。底部調(diào)節(jié)桿支承旋塞, 導(dǎo)出旋塞因各種原因產(chǎn)生的靜電。



5、結(jié)語(yǔ)
西氣東輸一號(hào)線建成后, 國(guó)內(nèi)進(jìn)口了大量管線旋塞閥, 促進(jìn)和推動(dòng)了閥門制造企業(yè)開發(fā)該產(chǎn)品。經(jīng)不斷消化吸收國(guó)外新技術(shù), 對(duì)該產(chǎn)品的不斷完善和改進(jìn)。新一代油密封旋塞閥實(shí)現(xiàn)了雙向零泄漏, 密封性能好, 使用安全可靠, 閥門扭矩小, 操作省力, 油膜潤(rùn)滑無(wú)磨損, 使用壽命長(zhǎng), 可廣泛應(yīng)用于天然氣管網(wǎng)及場(chǎng)站控制系統(tǒng)。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：減壓閥裂紋檢修