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船用球阀的阀座结构剖析与预设

在长输管线输送系统中,对管线船用球阀的性能等要求相当严明,如要求具备防火、防静电、防爆和0泄露等。为了保证船用球阀阀座严密封闭达到0泄露,依据API6D标准阀座结构的原理,对船用阀门预设了多种复合型阀座结构,本文绍介一种新式大口径固定球船用球阀双向严密封闭阀座的结构。

  2 阀座结构

  依据API6D标准提出的双阻梗与泄压(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)双阻梗与泄压阀座

  双阻梗与泄压阀座(DBB)即单活塞效应阀座是自泄压阀座结构,媒介进口端和出口端阀座结构完全一样,它是阀前阀座严密封闭原理,媒介可以双向流动。DBB阀座有双严密封闭阀座和单严密封闭阀座两种结构。双严密封闭阀座是由两个能够单独成功实现阀座严密封闭的非金属材料组合而成,在媒介压力效用下,初等阀座支撑座上萌生的△A1圆环平面或物体表面的大小差的压力加上弹簧力,保证初等阀座和球面立体形成严密封闭副。

  当时级阀座严密封闭失去效力后,媒介经过初等阀座到了次级阀座,在次级阀座支撑座上萌生的△A1'圆环平面或物体表面的大小差的压力加上弹簧力,保证次级阀座和球面立体形成严密封闭副。这种阀座结构能够在阀腔内的媒介压力达到公称压力的1.33倍时,推开媒介出口端次级阀座支撑座,使媒介压力到了初等阀座,媒介再推开媒介出口端初等阀座支撑座,使船用阀门的媒介压力泄放到出口端,保证了船用阀门腔体内压力然而载。

  1.初等阀座支撑座   2.初等阀座(锦纶)

  3.次级阀座(氟橡胶) 4.次级阀座支撑座5.球面立体

 双严密封闭的双阻梗与泄压阀座(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,媒介进口端和出口端阀座结构完全一样,其阀前阀座和阀后阀座都能够成功实现严密封闭,媒介可以双向流动。DIB-1阀座有双严密封闭阀座和单严密封闭阀座两种结构。双严密封闭阀座由两个能够单独成功实现阀座严密封闭的非金属材料组合而成。在媒介进口端,初等阀座支撑座上萌生的△A1圆环平面或物体表面的大小差的压力加上弹簧力,保证初等阀座和球面立体形成严密封闭副。当时级阀座严密封闭失去效力后,媒介经过初等阀座到了次级阀座,在次级阀座支撑座上萌生的△A1'圆环平面或物体表面的大小差的压力加上弹簧力,保证次级阀座和球面立体形成严密封闭副。当进口端两重阀座严密封闭所有失去效力后,媒介进入了阀腔,到了出口端阀座,在次级阀座支撑座上萌生的△A2圆环平面或物体表面的大小差的压力加上弹簧力,保证次级阀座和球面立体形成严密封闭副。当次级阀座严密封闭失去效力,媒介压力到了出口端初等阀座,媒介推开初等阀座支撑座,媒介进入了出口端,不可以形成严密封闭副。所以,双严密封闭阀座在出口端仅为一重阀座严密封闭,是三重阀座严密封闭。因为双活塞效应阀座在阀腔异常升压时,出进口两端次级阀座都能够与球面立体形成严密封闭副,所以腔体内超过标准的媒介压力不可以泄放,不具有阀腔自泄压功能。因为这个,船用阀门需求在阀体上安装半自动泄压阀,在阀腔压力达到公称压力的1.33倍时,可经过半自动泄压阀开释阀腔内过高压力。

 单严密封闭的的双阻梗与泄压阀座(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)是接合双阻梗与泄压和双隔离与泄压结构的长处,媒介进口端运用DBB阀座,媒介出口端认为合适而使用DIB-1阀座。组合的双隔离与泄压阀座为媒介单向流动,出进口两端双向严密封闭。DIB-2结构是三重阀座严密封闭。当腔体压力达到公称压力的1.33倍时,腔体内媒介推开进口端次级阀座支撑座和初等阀座支撑座摆脱球面立体,阀腔内的压力向媒介进口端半自动泄放,保证船用阀门安全。

  3 剖析

  (1)DBB阀座的主要长处是自泄压,媒介未排放到船用阀门外,不会增加燃料和天然煤气等易燃易爆媒介泄露导致的危害。不过,单严密封闭阀座仅为进口端一重严密封闭,双严密封闭阀座也仅只为进口端二重严密封闭。固然阀座严密封闭可以达到0泄露,但很难满意长输管道刻薄工况的要求。

  (2)DIB-1阀座严密封闭生存的年限长,基本满意长输管道的刻薄工况。但DIB-1阀座的阀腔不具有自泄压功能,需求在阀体上安装自泄压安全阀,增加了船用阀门的泄露点。假如泄压安全阀失去效力,阀腔异常升压带来的危险没有办法预估。普通来说,在燃料和天然煤气长输管道上运用较少。

 双严密封闭的双隔离与泄压阀座(DIB-1)

  单严密封闭的双隔离与泄压阀座(DIB-1)

  (3)DIB-2阀座综合了DBB和DIB-1结构的长处,是燃料和天然煤气长输管道系统中,优先挑选的阀座严密封闭结构。DIB-2阀座结构比较复杂,零件较多,导致零件尺寸精密度较难扼制,零件的强度和刚度较差,初等和次级阀座之间距离较大,要保障两个阀座和球面立体都达到严密封闭,要增大球面立体的直径,因此增加船用阀门的操作扭矩和原材料成本。DIB-2阀座应用不广泛。
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  4 优化预设

  通过对DBB、DIB-1和DIB-2阀座结构的剖析和研讨,对大口径管线固定球船用球阀的阀座结构施行了优化预设。新阀座为双向两重严密封闭,媒介单向流动,出进口端两重严密封闭(四重严密封闭),初等阀座和次级阀座共用一个阀座支撑座,两个阀座相邻,结构简单,严密封闭靠得住,零件受力令人满意,保证阀座0泄露,增加了阀座严密封闭生存的年限。

  优化阀座(DIB-2)

  5 严密封闭比压及操作力矩的计算与证验

  为了保障阀座的严密封闭性能和运用生存的年限,对阀座的严密封闭比压和操作扭矩施行了严明的计算与证验。最后结果证实,优化后阀座结构更合理,预设比压和船用阀门操作扭矩合乎刻薄工况要求。

  (1)严密封闭比压

  阀座为双阻梗与泄压结构,为阀座阀前严密封闭,其严密封闭比压q为

  式中 P———预设压力;MPa

  d1———双阻梗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———阀座严密封闭面内径,mm

  D2———阀座严密封闭面外径,mm

  [q]———严密封闭面许用比压,MPa

  qMF———严密封闭面务必比压,MPa

  qMF<q<[q]为符合标准。

  严密封闭结构为双隔离与泄压结构,为阀座阀后严密封闭,严密封闭比压q为


  qMF<q<[q]为符合标准。

  (2)操作力矩

  严密封闭结构为双阻梗与泄压结构,为阀座阀前严密封闭,船用球阀处于关闭状况时,承担办公压力最大,开启刹那操作扭矩最大,最大扭矩M为


  式中 Mm———球面立体与阀座间的磨擦转矩,N?mm

  Mt———阀杆与填料间的磨擦转矩,N?mm

  MO———阀杆与O形圈间的磨擦转矩,N?mm

  Mu———阀杆台肩与止推垫片间的磨擦转矩,N?mm

  Mc———轴承的磨擦转矩,N?mm

  uT、uo、u1、uc———相应材料的磨擦系数

  R———球面立体半径,mm

  φ———阀座严密封闭面法向与流道核心线的夹角,

  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

  严密封闭结构为双隔离与泄压结构,为阀座阀后严密封闭,船用球阀处于关闭状况时,承担办公压力最大,开启刹那操作扭矩最大,最大扭矩M为 
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