压力平衡式管线旋塞阀结构特点

                      压力平衡式管线旋塞阀结构特点

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1、压力平衡式管线旋塞阀结构特点概述
之前介绍弹簧微启式燃气安全阀应用，现在介绍管线旋塞阀是用于长输天然气管线及场站控制系统的切断阀门, 能够满足天然气管线特殊要求。该阀要求具有适合苛刻工况、使用寿命30年以上、双向零泄漏、防火和防静电、耐酸性介质腐蚀、以及操作省力等特殊技术性能。管线旋塞阀执行的技术标准是API 6D5石油和天然气工业管线输送系统管线阀门6和API 5995法兰和焊连接的金属旋塞阀6。目前, 国内天然气管线及场站控制系统使用的旋塞阀全部采用进口的倒装平衡式油密封旋塞阀。管线旋塞阀的国产化开发及在长输天然气管线系统推广应用具有重要作用。

2、压力平衡式管线旋塞阀结构特点阀门结构
平衡式管线旋塞阀开发设计GX系列压力平衡式管线旋塞阀是用于天然气长输管线的切断阀，阀门的压力等级class 150～class2500，公称尺寸NPS2～NPS24，工作温度≤180℃，相比于其它阀门，此阀门更适用于天然气的高压差、节流、放空和排污等工况。

二、工作原理
GX系列旋塞阀主要由阀体、阀杆、旋塞、平衡环、底盖、旋塞调整螺杆、底盖密封调整垫、注脂阀及操作机构等组成。阀杆带动旋塞顺时针方向旋转90度可将阀门关闭，逆时针旋转90度就将阀门开启。流道设计成文丘里型，小流通面积大于接管面积的50%。

三、功能质量的四大优势
1、主件材料
阀体材质WCB/WCC，壁厚符合API 599标准，旋塞采用A105锻件，皆经过正火加回火热处理，提供足够的强度和抗疲劳性能。
2、密封副性能* 
旋塞表面喷焊钴基或镍基硬质合金，提高密封副的硬度差，增强抗咬合性，确保30年的使用寿命。
3、双向零泄漏
阀体和旋塞的密封面均采用高精度数控磨床精磨，并用精密研磨机床配研。
4、优化设计分析
采用ANSYS等软件对关键零件进行有限元分析和优化设计，并用CFD计算流体动力学软件进行流场分析，提高产品的综合水平

四、技术参数
1、公称尺寸：NPS2~24  (DN50～DN600)。
2、压力等级：150Lb，300Lb，600Lb，900Lb，1500Lb。
3、适用温度：-46℃ ～ 180℃（标准结构，具体还需按密封脂类别而定）。
4、应用规范：       
     A   设计制造符合API 599、API 6D等标准；
     B   结构长度按ASME B16.10；        
     C   连接法兰按ASME B16.5；
     D   阀门的检验和试验按API598。
5、主要零部件材料：WCB、A105、CF8、CF8M、4140等。



五、产品型号编制说明

①单元—压力平衡式管线塞阀；
②单元—传动形式代号，同JB/T308标准；
③单元—连接形式代号，同JB/T308标准；
④单元—结构形式代号，7代表油封直通式结构；
⑤单元—密封面材料代号，同JB/T308标准；
⑥单元—压力等级代号，用Class数值加Lb表示；
⑦单元—阀体材质代号，同JB/T308标准。

图1 管线旋塞阀



平衡式管线旋塞阀开发设计
图2 旋塞

管线旋塞阀(图1)采用倒装旋塞(图2)压力平衡式油密封结构。该阀由阀体、阀杆、旋塞、底盖、联轴平衡环、预压弹簧、旋塞调整杆、底盖密封调整垫片、注脂阀、阀杆密封组件等组成。底部密封调整垫片通过底盖压紧实现阀体中腔与外界的*隔离, 密封可靠, 无泄漏。底部阀盖上安装有带保护罩的调节螺钉, 可方便调整旋塞的位置及密封副预紧。阀门可按需要配置气动、电动、液动执行机构。旋塞表面硬化处理并开有特殊油槽回路, 阀体外有双密封油脂注入装置, 一个是通过注入油脂对阀杆实现紧急密封, 另一个是将油脂注入到阀体上腔。锥形旋塞体的小端通过平衡环与阀杆连接, 阀体底部阀盖上装有调节支撑, 可以调整旋塞的位置。阀门采用防火设计, 有静电导出装置, 过流通道有全径、规则孔及文丘里孔等类型。阀门材料可采用碳钢、低温钢、不锈钢及合金钢。驱动方式有电动、气动和手动等。

3、工作原理及性能特点
管线旋塞阀是通过阀杆旋转90度使旋塞上的通道口与阀体上的通道口接通或断开, 实现阀门开启或关闭。通过该阀阀腔上部设计的注脂阀注入密封油脂, 该油脂在注入压力作用下通过旋塞表面的特殊油槽均匀涂抹在密封面上, 形成致密的油膜层实现阀门双向密封并起润滑密封面的作用。在旋塞大端开有通流的小孔, 使管道介质能进入旋塞底部, 旋塞在底部介质力推动下向上紧贴阀体倒锥面。旋塞小端装有单向阀, 当阀腔上部的注脂压力高于管道介质压力时单向阀截止, 当阀腔上部的油脂压力低于介质压力时管道介质通过单向阀进入阀体上腔以补充油脂压力。同时旋塞在上腔油脂压力及旋塞自重力作用下与旋塞底部向上的介质推力保持平衡, 可以大大减轻密封面的密封比压, 降低阀门操作力矩, 延长阀门使用寿命。

为了使旋塞阀阀体既能满足强度要求,又能满足客户射线探伤的要求,对不同结构形式的阀体进行了分析。结合API 6D、API 599、ASME B16.34等阀门设计标准,进行了不同结构形式旋塞阀阀体零件的三维建模,并对各种模型进行具有相同边界条件和约束条件的有限元分析,从中找出满足要求的阀体结构。分析表明:球形结构的旋塞阀阀体在很好地满足阀门使用强度要求的同时,避免了加筋结构旋塞阀阀体不能进行射线探伤操作、探伤结果判定不准确等缺点,对阀体零件的内部质量控制具有极为明显的优势。管线旋塞阀与普通衬套式旋塞阀相比, 具有扭矩小, 密封性能好, 使用寿命长, 适用范围宽, 旋塞位置可以调整等特点。

4、设计
4.1、阀体
阀体(图3)采用倒钟式结构整体铸造, 强度高, 刚性好, 受力均匀, 阀体和阀门质量重心与管道重心基本重合, 操作稳定性好。阀体壁厚按计算取值并经有限元分析优化。阀体密封锥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
平衡式管线旋塞阀开发设计
图3 阀体



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4.3、密封副
管线旋塞阀密封副采用金属密封加注油脂密封结构。由于密封油脂的填充占位作用, 介质中的固体颗粒物不会进入密封面, 对密封面有非常好的保护作用。因油脂的润滑使阀门操作力矩小, 操作省力。旋塞表面上特殊的非对称油槽设计, 转动旋塞时密封脂自动加注无泄漏, 保证油膜完整, 密封可靠。这种非对称的油槽设计油耗损失非常小, 延长了油脂的加注时间和使用周期。锥面密封使密封接触面积大, 油膜润滑, 使用寿命长。

4.4、阀杆及阀杆密封
阀杆强度和密封性能是影响阀门操作及阀门整体性能的主要因素之一。阀杆的受力主要来自于填料处的摩擦力、操作扭矩及介质的推力。阀杆与旋塞采用滑环式连接方式, 可减小阀杆中心与旋塞锥面的同心度误差, 改善阀杆的受力条件和操作性能。阀杆采用防脱出设计, 可在线更换填料密封件。阀杆密封采用防火填料、O 形圈、加注密封脂三重密封设计, 阀杆机加工后表面粗糙度可达Ra 014Lm, *阀杆密封低泄漏要求, 可可靠工作, 免紧固维护。阀杆采用4140材料整体锻造, 并加调质处理, 强度高, 韧性好。阀杆表面采用氮化或镀镍磷合金, 表面硬度高, 抗摩擦磨损。



4.5、阀盖及底部结构
底部阀盖是阀门底部承压件, 同时又是底部密封垫片、底部调节杆的固定和安装支撑件, 要求具有高的刚度和强度。其设计制造执行ASME规范关于法兰盖的设计要求。底部阀盖的密封采用整体密封垫*隔离式结构, 在保证阀盖螺栓紧固力时阀门具有可靠的密封。安装在阀盖底部的调节杆采用内置式结构。调整完成后旋紧压盖*零泄漏。底部调节杆支承旋塞, 导出旋塞因各种原因产生的静电。



5、结语
西气东输一号线建成后, 国内进口了大量管线旋塞阀, 促进和推动了阀门制造企业开发该产品。经不断消化吸收国外新技术, 对该产品的不断完善和改进。新一代油密封旋塞阀实现了双向零泄漏, 密封性能好, 使用安全可靠, 阀门扭矩小, 操作省力, 油膜润滑无磨损, 使用寿命长, 可广泛应用于天然气管网及场站控制系统。与本产品相关论文：91视频看看簧色裂纹检修