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大口径双向密封牢靠式电动球阀的阀座结构剖析

[ 2016-11-18 ]
为了确保球阀阀座密封抵达0走漏，，凭证API6D标准阀座结构的原理，，对阀门设计了多种复合型阀座结构，，本文先容一种新型大口径牢靠式电动球阀双向密封阀座的结构。。。。 　　 　　1概述 　　 　　在长输管线运送系统中，，对管线球阀的性能等要求相当严酷，，如要求具有防火、防静电、防爆和0走漏等。。。。为了确保球阀阀座密封抵达0走漏，，凭证API6D标准阀座结构的原理，，对阀门设计了多种复合型阀座结构，，本文先容一种新型大口径牢靠球球阀双向密封阀座的结构。。。。 　　 　　2阀座结构 　　 　　凭证API6D标准提出的双壅闭与泄压（DBB）和双隔离与泄压（DIB－1和DIB－2）的阀座结构原理，，阀座结构有单活塞效应、双活塞效应和组合型3种。。。。 　　 　　！！�。�1）双壅闭与泄压阀座 　　 　　双壅闭与泄压阀座（DBB）即单活塞效应阀座是自泄压阀座结构，，介质入口端和出口端阀座结构一致，，它是阀前阀座密封原理，，介质可以双向流动。。。。DBB阀座有双密封阀座（图1）和单密封阀座（图2）两种结构。。。。双密封阀座是由两个能够单独实现阀座密封的非金属质料组合而成，，在介质压力作用下，，初级阀座支持座上爆发的△A1环形面积差的压力加上弹簧力，，确保初级阀座和球体形成密封副。。。。 　　 　　当初级阀座密封失效后，，介质通过初级阀座抵达次级阀座，，在次级阀座支持座上爆发的△A1'环形面积差的压力加上弹簧力，，确保次级阀座和球体形成密封副。。。。这种阀座结构能够在阀腔内的介质压力抵达公称压力的1.33倍时，，推开介质出口端次级阀座支持座，，使介质压力抵达初级阀座，，介质再推开介质出口端初级阀座支持座，，使阀门的介质压力泄放到出口端，，包管了阀门体腔内压力不过载。。。。 　　 　　1.初级阀座支持座2.初级阀座（尼龙） 　　 　　3.次级阀座（氟橡胶）4.次级阀座支持座5.球体 　　  　　 图1双密封的双壅闭与泄压阀座（DBB） 　　 　　！！�。�2）双隔离与泄压阀座 　　 　　双隔离与泄压阀座（DIB－1）即双活塞效应阀座，，介质入口端和出口端阀座结构一致，，其阀前阀座和阀后阀座都能够实现密封，，介质可以双向流动。。。。DIB－1阀座有双密封阀座（图3）和单密封阀座（图4）两种结构。。。。双密封阀座由两个能够单独实现阀座密封的非金属质料组合而成。。。。在介质入口端，，初级阀座支持座上爆发的△A1环形面积差的压力加上弹簧力，，确保初级阀座和球体形成密封副。。。。当初级阀座密封失效后，，介质通过初级阀座抵达次级阀座，，在次级阀座支持座上爆发的△A1'环形面积差的压力加上弹簧力，，确保次级阀座和球体形成密封副。。。。当入口端双重阀座密封所有失效后，，介质进入阀腔，，抵达出口端阀座，，在次级阀座支持座上爆发的△A2环形面积差的压力加上弹簧力，，确保次级阀座和球体形成密封副。。。。当次级阀座密封失效，，介质压力抵达出口端初级阀座，，介质推开初级阀座支持座，，介质进入出口端，，不可形成密封副。。。。以是，，双密封阀座在出口端仅为一重阀座密封，，是三重阀座密封。。。。由于双活塞效应阀座在阀腔异常升压时，，收支口两头次级阀座都能够与球体形成密封副，，以是体腔内超标的介质压力不可泄放，，不具备阀腔自泄压功效。。。。因此，，阀门需要在阀体上装置自动泄压阀，，在阀腔压力抵达公称压力的1.33倍时，，可通过自动泄压阀释放阀腔内过高压力。。。。 　　  　　 图2单密封的的双壅闭与泄压阀座（DBB） 　　 　　！！�。�3）组合的双隔离与泄压阀座 　　 　　组合的双隔离与泄压阀座（DIB－2）是连系双壅闭与泄压和双隔离与泄压结构的优点，，介质入口端使用DBB阀座，，介质出口端接纳DIB－1阀座。。。。组合的双隔离与泄压阀座为介质单向流动，，收支口两头双向密封。。。。DIB－2结构是三重阀座密封。。。。当体腔压力抵达公称压力的1.33倍时，，体腔内介质推开入口端次级阀座支持座和初级阀座支持座脱离球体，，阀腔内的压力向介质入口端自动泄放，，确保阀门清静。。。。 　　 　　3剖析 　　 　　！！�。�1）DBB阀座的主要优点是自泄压，，介质未排放到阀门外，，不会增添石油和自然气等易燃易爆介质走漏造成的危害。。。。可是，，单密封阀座仅为入口端一重密封，，双密封阀座也仅仅为入口端二重密封。。。。虽然阀座密封可以抵达0走漏，，但很难知足长输管道苛刻工况的要求。。。。 　　 　　！！�。�2）DIB－1阀座密封寿命长，，基本知足长输管道的苛刻工况。。。。但DIB－1阀座的阀腔不具备自泄压功效，，需要在阀体上装置自泄压清静阀，，增添了阀门的走漏点。。。。若是泄压清静阀失效，，阀腔异常升压带来的危险无法预估。。。。一样平常来说，，在石油和自然气长输管道上使用较少。。。。 　　  　　 图3牢靠式电动球阀双密封的双隔离与泄压阀座（DIB－1） 　　  　　 图4单密封的双隔离与泄压阀座（DIB－1） 　　 　　！！�。�3）DIB－2阀座综合了DBB和DIB－1结构的优点，，是石油和自然气长输管道系统中，，优先选择的阀座密封结构。。。。DIB－2阀座结构较量重大，，零件较多，，造成零件尺寸精度较难控制，，零件的强度和刚度较差，，初级和次级阀座之间距离较大，，要包管两个阀座和球体都抵达密封，，要增大球体的直径，，从而增添阀门的操作扭矩和原质料本钱。。。。DIB－2阀座应用不普遍。。。。 　　 　　4优化设计 　　 　　经由对DBB、DIB－1和DIB－2阀座结构的剖析和研究，，对大口径管线牢靠球球阀的阀座结构举行了优化设计。。。。新阀座为双向双重密封，，介质单向流动，，收支口端双重密封（四重密封），，初级阀座和次级阀座共用一个阀座支持座，，两个阀座相邻，，结构简朴，，密封可靠，，零件受力优异，，确保阀座0走漏，，增添了阀座密封寿命（图5）。。。。 　　  　　 图5优化阀座（DIB－2） 　　 　　5密封比压及操作力矩的盘算与验证 　　 　　为了包管阀座的密封性能和使用寿命，，对阀座的密封比压和操作扭矩举行了严酷的盘算与验证。。。。效果证实，，优化后阀座结构更合理，，设计比压和阀门操作扭矩切合苛刻工况要求。。。。 　　 　　！！�。�1）密封比压 　　 　　阀座为双壅闭与泄压结构，，为阀座阀前密封，，其密封比压q为 　　 　　！！�。�1） 　　 　　式中P———设计压力； ；；MPa 　　 　　d1———双壅闭与泄压结构的阀座支承座的外径，，mm 　　 　　d2———双隔离与泄压结构的阀座支承座的外径，，mm 　　 　　D1———阀座密封面内径，，mm 　　 　　D2———阀座密封面外径，，mm 　　 　　！！�。踧］———密封面许用比压，，MPa 　　 　　qMF———密封面必需比压，，MPa 　　 　　qMF＜q＜［q］为及格。。。。 　　 　　密封结构为双隔离与泄压结构，，为阀座阀后密封，，密封比压q为 　　 　　！！�。�2） 　　 　　qMF＜q＜［q］为及格。。。。 　　 　　！！�。�2）操作力矩 　　 　　密封结构为双壅闭与泄压结构，，为阀座阀前密封，，球阀处于关闭状态时，，遭受事情压力最大，，开启瞬间操作扭矩最大，，最大扭矩M为 　　 　　M=Mm+Mt+M0+Mu+Mc（3） 　　 　　         式中Mm———球体与阀座间的摩擦转矩，，N•mm 　　 　　Mt———阀杆与填料间的摩擦转矩，，N•mm 　　 　　MO———阀杆与O形圈间的摩擦转矩，，N•mm 　　 　　Mu———阀杆台肩与止推垫片间的摩擦转矩，，N•mm 　　 　　Mc———轴承的摩擦转矩，，N•mm 　　 　　uT、uo、u1、uc———响应质料的摩擦系数 　　 　　R———球体半径，，mm 　　 　　φ———阀座密封面法向与流道中心线的夹角，，（°） 　　 　　Z———阀杆处填料的数目 　　 　　h———阀杆处填料的高度，，mm 　　 　　dF、DT———阀杆直径及阀杆台肩的外径，，mm 　　 　　d0———阀杆处O形圈的直径，，mm 　　 　　密封结构为双隔离与泄压结构，，为阀座阀后密封，，球阀处于关闭状态时，，遭受事情压力最大，，开启瞬间操作扭矩最大，，最大扭矩M为 　　 　　M=Mm+Mt+MO+Mu+Mc 　　 　　6结语 　　 　　运送自然气管线接纳优化阀座的大口径牢靠球球阀（NPS56（DN1400），，压力品级Class600（PN10.0MPa）），，实现了双向密封和阀座0走漏，，牢靠式电动球阀知足了石油自然气长输管线的手艺要
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