闸阀闸板结构分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京富邦德石油机械设备有限公司 作者:李栋

  分析了楔式闸阀及平行双闸板闸阀的结构特点和不足,介绍了楔块式平行双闸板闸阀的性能。

1、概述

  随着我国电力工业和机械工业的发展,很多阀门已经实现国产化,但仍有部分阀门需要从国外进口,其中包括平行双闸板闸阀。研制平行双闸板闸阀既能降低电站的建造成本,又能提高国内电站阀门的技术能力。

2、结构特点

  闸阀种类很多,根据闸板形状可分为楔式闸阀和平行式闸阀。

  2.1、楔式闸阀

  楔式闸阀两个密封面与管道轴线成一定的夹角,即两个密封面成楔形。楔式闸阀常见的结构是楔式单闸板闸阀( 图1) 和楔式双闸板闸阀( 图2) 。楔式单闸板闸阀结构简单,安装方便,使用可靠,但阀门对密封面角度的精度要求较高,加工维修比较困难,一般生产制造企业只能配作,产品无互换性。阀门开启瞬间存在很大的静摩擦力,开启力矩大,须配置较大功率的电动执行装置,才能保证正常启闭,但过大的关闭力矩易造成密封面损伤及闸板楔住。在温度升高状态下,由于材料强度降低,密封面的硬度下降,密封副处于胶合状态,此时如果关闭力矩不当,闸板楔住的可能性比较大。

楔式单闸板结构

图1 楔式单闸板结构

1. 下挡板2. 顶芯3. 闸板架4. 左闸板5. 上挡板6. 右闸板

楔式双闸板

图2 楔式双闸板

  楔式双闸板闸阀对密封面角度的精度要求较低,可以通过左右闸板之间的万向顶芯调整密封面的角度,以弥补密封面角度在加工时产生的偏差,而且密封面磨损时可以在万向顶芯位置加垫片补偿,同时降低了在温度升高时闸板楔住的可能性。但其闸板组件零件较多,结构松散,闸板易脱落,可靠性差,易发生阀杆根部退刀槽或销孔处断裂、上下挡板锈蚀致闸板脱落或闸板架断裂等故障。

  2.2、平行双闸板闸阀

  平行双闸板闸阀的结构特点主要在于左右闸板的撑开方式,一般分为弹簧式和楔式。

  弹簧式平行双闸板闸阀( 图3) 的闸板组件主要有左右闸板、闸板架、弹簧、定位套和螺柱等零件组成,弹簧个数一般为三个螺旋弹簧。小口径阀门由于受空间限制一般为单个弹簧,且无定位套,仅靠两侧阀座对闸板定位。阀门开裆尺寸及弹簧预紧力调整比较方便,加工相对简单,应用较为普遍。但弹簧力的调整不易控制。弹簧力过大,会造成阀门启闭不灵活,在启闭过程中出口侧密封面压力大,容易磨损擦伤。弹簧力过小,阀门处于关闭状态下,不足以形成密封面的必需比压,易造成泄漏,特别是在低压介质状态下。在高温状态下,弹簧长期处于某一状态,有可能出现失效。

弹簧式平行双闸板结构

1. 定位套2. 闸板架3. 弹簧4. 左闸板5. 右闸板6. 螺柱

图3 弹簧式平行双闸板结构

  楔式平行双闸板闸阀分为上楔式( 图4) 和下楔式两种。上楔式是靠阀杆头部的斧形扁锥头插入双闸板之间实现撑开左右闸板的结构。阀门关闭时,阀杆推动闸板向下运动,当闸板架下部碰到阀体底部的定位螺栓时,阀杆继续下行撑开左右闸板,以达到密封要求。下楔式和上楔式的主要区别是斧形扁锥头顶芯在下部,安装在闸板架底部的定位孔内。当阀门关闭时,顶芯先顶住阀体底部的定位凸台,阀杆推动闸板继续下行,使顶芯从下面撑开左右闸板以达到密封所需的密封比压。

  上楔式平行双闸板闸阀在关闭过程中,闸板受到介质压力的推压,密封面的摩擦阻力增大,有可能在闸板架没有到位的情况下就撑开左右闸板,致使关闭更为困难,闸板继续下行易造成密封面磨损、擦伤,甚至关闭不到位,影响整个系统的正常运行,而且安装时根据需要调整定位螺栓的高度,比较繁琐。下楔式平行双闸板闸阀在结构上消除了阀门关闭不要位的问题,但结构复杂,对闸板架、顶芯的加工精度较高,而且对顶芯的材料也有一定要求。

上楔式平行双闸板结构

1. 定位螺栓2. 闸板架3. 阀杆4. 左闸板5. 右闸板6. 阀体

图4 上楔式平行双闸板结构

  2.3、楔块式平行双闸板闸阀

  楔块式平行双闸板闸阀的闸板组件( 图5) 由左右闸板、上下楔块( 左右板架) 和弹簧等零件组成。阀门关闭时,驱动装置通过阀杆螺母带动阀杆向下运动。当下楔块碰到阀体底部的定位凸台时,阀杆驱动上楔块继续下行。下行过程中阀杆轴向力转化为左右阀座密封力,达到可靠密封。阀门开启时,驱动装置带动阀杆向上运动,阀杆带动上楔块使其与下楔块分离。当阀杆头部与上密封座接触时,闸板组件脱离通道完成开启动作。

楔式平行双闸板结构

1. 下楔块2. 弹簧3. 左闸板4. 上楔块5. 右闸板

图5 楔式平行双闸板结构

  上、下楔块的接触为线接触,上楔块为半径R的圆弧面,下楔块为角度α 的斜面,上下楔块接触时为一条线,减少两楔块相互运动时的摩擦力,降低阀杆的驱动力矩。由于楔角大小直接影响阀门启闭力矩的大小。通过设计合理的楔角,可以减小阀杆的驱动力矩,降低驱动装置等级,节约制造成本,同时避免上下楔块的自锁,确保阀门正常开启。在上、下楔块之间设置一个螺旋弹簧,一则在开启时通过弹簧预紧力作用于上楔块,给其一向上的作用力,减小阀杆在开启瞬间的驱动力矩,二则在关闭时下楔块接触阀体底部定位的瞬间,由于驱动装置的驱动力矩较大,阀杆的轴向力较大,弹簧可以缓冲上楔块对下楔块的冲击载荷。

启闭过程中闸板与阀座的相对位置

(a) 关闭状态(b) 开启状态

图6 启闭过程中闸板与阀座的相对位置

  在启闭过程中,由于上下楔块是圆弧面与斜面线接触,摩擦力小,通过弹簧预紧力使上、下楔块产生相对水平位移( 图6) ,实现闸板与阀座两密封面分离,减少密封面之间的摩擦,从而减小阀杆的驱动力矩,也降低高温状态下闸板楔住的发生机率。由于上下楔块在关闭时为线接触,应力较大,所以在设计制造时要对上下楔块接触面进行热处理或堆焊硬质合金,增加耐磨性,延长使用寿命。

3、结语

  楔块式平行双闸板闸阀摩擦力小,驱动力矩小,密封性好,耐磨损,性能稳定,适用于大型火电和核电机组。

  闸阀闸板结构分析为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/valve/zhafa/035055.html

  与 闸阀 闸阀 相关的文章请阅读:

  闸阀http://www.chvacuum.com/valve/zhafa/