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提升式旋塞阀密封结构的分析

1 概述

提升式旋塞阀根据不同的密封材料可分为软密封和硬密封结构。其基本动作原理有两种,一种为阀门开启时,旋塞提升一定的高度,旋塞旋转90°到阀门全开状态。在阀门启闭过程中,阀门密封副没有磨损。另一种为在前一种的基础上,旋塞下降至开启的初始位置,即在这种状态下阀门的密封副是接触的。两种形式适用于不同的工况。

2 软密封式

2.1 软密封式动作原理

阀门主要由阀体、旋塞、密封圈座及阀盖等组成(图1)。阀体采用直筒圆柱型内腔结构,内腔表面采用不同表面硬化工艺,提高阀体密封面的硬度、耐磨耐腐性能,以适应不同的工况场合。旋塞与密封圈座采用燕尾槽轨道结构连接,其连接性能可靠,运动精度比较理想。软密封圈采用特定工艺镶嵌在密封圈座上,以免其发生脱落。阀门处于关闭位置时,当旋塞向上提升,两个密封圈座受上下阀盖的位置限制,在燕尾槽轨道的作用下,密封圈脱离阀体的密封面。当密封圈完全脱离阀体密封面后,旋塞和密封圈座作90°旋转,使阀门处于开启状态。当阀门需要关闭时,旋塞和密封圈座旋转90°后,旋塞向下运动,带动密封圈座靠近阀体密封面,直至阀门完全处于密封状态。

图1 软密封提升式旋塞阀

2.2 软密封式结构特点

①阀门采用软密封结构,密封性能可靠,达到零泄漏。

②启闭操作过程中,密封面之间完全脱离接触,无磨损,使用寿命长。

③阀门具有双阻塞、双排放和防火功能,阀门上设有压力平衡装置,以防系统异常升压,并能减少阀门启闭瞬间的阻力。

④启闭过程均分两段完成,便于操作,关闭时时间较长,尽可能地避免了管道内的油(水锤)击现象的发生。

⑤阀门实现在线维修。可以拆卸阀体底部的阀盖取出旋塞两侧的密封圈座维修或更换,维修简单和方便。

2.3 软密封式驱动装置

驱动装置主要由支架、阀杆螺母、阀杆和蜗轮蜗杆等零部件组成(图2)。阀门开启时,旋塞与驱动装置的阀杆螺母通过销轴联接,在蜗轮蜗杆手轮的作用下带动阀杆旋转,阀杆通过其多头螺纹带动阀杆螺母在限位销的作用下,沿着设在阀杆螺母上的轨道槽作上升运动,使阀杆螺母向上运动到达一定位置后,销脱离支架内的轨道槽,进入阀杆上的定位槽。这时,阀杆继续旋转,带动阀杆螺母,在限位销的作用下,一起旋转90°,从而完成了阀门的开启动作。相反,则是完成阀门的关闭动作过程。驱动装置可适用不同口径、压力级的阀门,适用范围比较广泛。驱动装置顶部有精确显示阀门开关位置的指示器,可避免误操作。驱动装置有手动、电动等传递力矩,电动阀门易实现自动控制,易操作,传递动作灵活、准确和安全可靠。

图2 软密封提升式旋塞阀驱动机构

2.4 软密封式适用场合

软密封提升式旋塞阀广泛适用于石油、石化、天然气、煤化工、环保污水处理、航空煤油及管道煤气等行业作调节、节流及切断介质用。

3 硬密封式

3.1 硬密封式动作原理

硬密封提升旋塞阀的密封属强制密封结构,两密封副均可密封,阀门的使用不受管道内介质流向的限制(图3)。阀体与旋塞采用圆锥面密封,其密封性能可靠,适用范围广。阀体和旋塞密封面采用不同的表面处理工艺,使其满足不同的使用工况要求。阀体密封面凸起,便于密封面的加工和清洗,密封面不易堆积颗粒性或结晶介质。当阀门处于关闭状态,旋塞通过阀杆提升到一定高度,旋塞脱离阀体密封面,阀杆带动旋塞旋转90°到开启位置。然后,阀杆继续向下运动,将旋塞推向关闭时所处的位置,这时,阀体与旋塞的密封副处于接触状态。关闭阀门的过程与开启的过程相反,通过阀杆对旋塞向密封面施压,由于是锥面密封容易保证旋塞阀的密封性能。此阀门又称无间隙阀门,即阀门在开启和关闭位置,阀门密封副之间没有间隙。

图3 硬密封提升式旋塞阀

3.2 硬密封式结构特点

①阀门适用压力等级PN2.0~42.0MPa,温度范围-101~550℃。

②阀门启闭过程中,密封面间完全脱离接触,无磨损,耐冲刷。阀门操作扭矩小,使用寿命长。

③阀门具有双阻塞、双排放和防火功能。阀门中腔与进出口设有压力平衡装置或压力平衡孔,以防阀门在关闭状态下系统异常升压,并能减小阀门启闭瞬间的阻力。

④启闭过程分为提升、旋转和下降3种动作。升降行程短,便于操作,对不清洁介质可防止污垢在阀门中腔堆积,同时还可以减少介质对阀门密封面的冲刷,延长阀门使用寿命。

3.3 硬密封式驱动装置

驱动装置主要由支架、阀杆螺母、防转板、防转倒向套、传动轴和手轮等零部件组成(图4)。阀门开启时,手轮带动阀杆逆时针旋转,通过销II和中间螺母的连接,阀杆螺母通过销I、防转板的作用沿着中间螺母套的导向槽向上运动。到达设定的位置后,销I进入中间螺母的销槽中。这时,阀杆继续逆时针旋转,同时也带动了中间螺母和阀杆螺母一起旋转。旋转90°后,这时,销II脱离阀杆的销槽,进入中间螺母套的导向槽内。阀杆继续逆时针旋转。由于受防转板在支架内的作用和销II在中间螺母套的轨道槽中,带动阀杆螺母向下运动,直至阀门关闭时所处的位置(这时阀门处于开启状态)。相反,则是完成阀门的关闭动作过程。这种驱动装置除了具有软密封提升式旋塞阀驱动装置的特点外,由于多了一个过程,使其结构比较复杂,解决了阀门在开启和关闭时管道介质对阀门密封副的冲刷,提高了阀门的使用寿命。

3.4 硬密封式适用场合

硬密封提升式旋塞阀适用于耐高温、高压、耐磨及耐冲刷等特殊用途的管道上,特别是带有颗粒性的介质管路上,如电力、冶金、石油化工及造纸等行业。

图4 硬密封提升式旋塞阀驱动机构

4 结语

提升式旋塞阀改变了传统旋塞阀的设计理念和应用范围,主要为其压力、温度使用范围改变和拓宽,以及材料选择范围的扩大,还有旋塞阀的流道形式,比如文丘里型式、标准全通径型式、标准型式、标准弧形全通径型式等多种形式的应用,操作机构选择的多样性、智能性等等,使得提升式旋塞阀的应用前景更为广阔。

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