船用球閥的閥座結構剖析與預設

在長輸管線輸送系統中，對管線船用球閥的性能等要求相當嚴明，如要求具備防火、防靜電、防爆和0泄露等。為了保證船用球閥閥座嚴密封閉達到0泄露，依據API6D標準閥座結構的原理，對船用閥門預設了多種復合型閥座結構，本文紹介一種新式大口徑固定球船用球閥雙向嚴密封閉閥座的結構。

　　2 閥座結構

　　依據API6D標準提出的雙阻梗與泄壓（DBB）和雙隔離與泄壓（DIB－1和DIB－2）的閥座結構原理，閥座結構有單活塞效應、雙活塞效應和組合型3種。

　?。?）雙阻梗與泄壓閥座

　　雙阻梗與泄壓閥座（DBB）即單活塞效應閥座是自泄壓閥座結構，媒介進口端和出口端閥座結構完全一樣，它是閥前閥座嚴密封閉原理，媒介可以雙向流動。DBB閥座有雙嚴密封閉閥座和單嚴密封閉閥座兩種結構。雙嚴密封閉閥座是由兩個能夠單獨成功實現閥座嚴密封閉的非金屬材料組合而成，在媒介壓力效用下，初等閥座支撐座上萌生的△A1圓環平面或物體表面的大小差的壓力加上彈簧力，保證初等閥座和球面立體形成嚴密封閉副。

　　當時級閥座嚴密封閉失去效力后，媒介經過初等閥座到了次級閥座，在次級閥座支撐座上萌生的△A1＇圓環平面或物體表面的大小差的壓力加上彈簧力，保證次級閥座和球面立體形成嚴密封閉副。這種閥座結構能夠在閥腔內的媒介壓力達到公稱壓力的1.33倍時，推開媒介出口端次級閥座支撐座，使媒介壓力到了初等閥座，媒介再推開媒介出口端初等閥座支撐座，使船用閥門的媒介壓力泄放到出口端，保證了船用閥門腔體內壓力然而載。

　　1.初等閥座支撐座   2.初等閥座（錦綸）

　　3.次級閥座（氟橡膠） 4.次級閥座支撐座5.球面立體

　雙嚴密封閉的雙阻梗與泄壓閥座（DBB）

　?。?）雙隔離與泄壓閥座

　　雙隔離與泄壓閥座（DIB－1）即雙活塞效應閥座，媒介進口端和出口端閥座結構完全一樣，其閥前閥座和閥后閥座都能夠成功實現嚴密封閉，媒介可以雙向流動。DIB－1閥座有雙嚴密封閉閥座和單嚴密封閉閥座兩種結構。雙嚴密封閉閥座由兩個能夠單獨成功實現閥座嚴密封閉的非金屬材料組合而成。在媒介進口端，初等閥座支撐座上萌生的△A1圓環平面或物體表面的大小差的壓力加上彈簧力，保證初等閥座和球面立體形成嚴密封閉副。當時級閥座嚴密封閉失去效力后，媒介經過初等閥座到了次級閥座，在次級閥座支撐座上萌生的△A1＇圓環平面或物體表面的大小差的壓力加上彈簧力，保證次級閥座和球面立體形成嚴密封閉副。當進口端兩重閥座嚴密封閉所有失去效力后，媒介進入了閥腔，到了出口端閥座，在次級閥座支撐座上萌生的△A2圓環平面或物體表面的大小差的壓力加上彈簧力，保證次級閥座和球面立體形成嚴密封閉副。當次級閥座嚴密封閉失去效力，媒介壓力到了出口端初等閥座，媒介推開初等閥座支撐座，媒介進入了出口端，不可以形成嚴密封閉副。所以，雙嚴密封閉閥座在出口端僅為一重閥座嚴密封閉，是三重閥座嚴密封閉。因為雙活塞效應閥座在閥腔異常升壓時，出進口兩端次級閥座都能夠與球面立體形成嚴密封閉副，所以腔體內超過標準的媒介壓力不可以泄放，不具有閥腔自泄壓功能。因為這個，船用閥門需求在閥體上安裝半自動泄壓閥，在閥腔壓力達到公稱壓力的1.33倍時，可經過半自動泄壓閥開釋閥腔內過高壓力。

　單嚴密封閉的的雙阻梗與泄壓閥座（DBB）

　?。?）組合的雙隔離與泄壓閥座

　　組合的雙隔離與泄壓閥座（DIB－2）是接合雙阻梗與泄壓和雙隔離與泄壓結構的長處，媒介進口端運用DBB閥座，媒介出口端認為合適而使用DIB－1閥座。組合的雙隔離與泄壓閥座為媒介單向流動，出進口兩端雙向嚴密封閉。DIB－2結構是三重閥座嚴密封閉。當腔體壓力達到公稱壓力的1.33倍時，腔體內媒介推開進口端次級閥座支撐座和初等閥座支撐座擺脫球面立體，閥腔內的壓力向媒介進口端半自動泄放，保證船用閥門安全。

　　3 剖析

　?。?）DBB閥座的主要長處是自泄壓，媒介未排放到船用閥門外，不會增加燃料和天然煤氣等易燃易爆媒介泄露導致的危害。不過，單嚴密封閉閥座僅為進口端一重嚴密封閉，雙嚴密封閉閥座也僅只為進口端二重嚴密封閉。固然閥座嚴密封閉可以達到0泄露，但很難滿意長輸管道刻薄工況的要求。

　?。?）DIB－1閥座嚴密封閉生存的年限長，基本滿意長輸管道的刻薄工況。但DIB－1閥座的閥腔不具有自泄壓功能，需求在閥體上安裝自泄壓安全閥，增加了船用閥門的泄露點。假如泄壓安全閥失去效力，閥腔異常升壓帶來的危險沒有辦法預估。普通來說，在燃料和天然煤氣長輸管道上運用較少。

　雙嚴密封閉的雙隔離與泄壓閥座（DIB－1）

　 單嚴密封閉的雙隔離與泄壓閥座（DIB－1）

　?。?）DIB－2閥座綜合了DBB和DIB－1結構的長處，是燃料和天然煤氣長輸管道系統中，優先挑選的閥座嚴密封閉結構。DIB－2閥座結構比較復雜，零件較多，導致零件尺寸精密度較難扼制，零件的強度和剛度較差，初等和次級閥座之間距離較大，要保障兩個閥座和球面立體都達到嚴密封閉，要增大球面立體的直徑，因此增加船用閥門的操作扭矩和原材料成本。DIB－2閥座應用不廣泛。
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　　4 優化預設

　　通過對DBB、DIB－1和DIB－2閥座結構的剖析和研討，對大口徑管線固定球船用球閥的閥座結構施行了優化預設。新閥座為雙向兩重嚴密封閉，媒介單向流動，出進口端兩重嚴密封閉（四重嚴密封閉），初等閥座和次級閥座共用一個閥座支撐座，兩個閥座相鄰，結構簡單，嚴密封閉靠得住，零件受力令人滿意，保證閥座0泄露，增加了閥座嚴密封閉生存的年限。

　 優化閥座（DIB－2）

　　5 嚴密封閉比壓及操作力矩的計算與證驗

　　為了保障閥座的嚴密封閉性能和運用生存的年限，對閥座的嚴密封閉比壓和操作扭矩施行了嚴明的計算與證驗。最后結果證實，優化后閥座結構更合理，預設比壓和船用閥門操作扭矩合乎刻薄工況要求。

　?。?）嚴密封閉比壓

　　閥座為雙阻梗與泄壓結構，為閥座閥前嚴密封閉，其嚴密封閉比壓q為

　　式中 P———預設壓力；MPa

　　d1———雙阻梗與泄壓結構的閥座支承座的外徑，mm

　　d2———雙隔離與泄壓結構的閥座支承座的外徑，mm

　　D1———閥座嚴密封閉面內徑，mm

　　D2———閥座嚴密封閉面外徑，mm

　?。踧］———嚴密封閉面許用比壓，MPa

　　qMF———嚴密封閉面務必比壓，MPa

　　qMF＜q＜［q］為符合標準。

　　嚴密封閉結構為雙隔離與泄壓結構，為閥座閥后嚴密封閉，嚴密封閉比壓q為


　　qMF＜q＜［q］為符合標準。

　?。?）操作力矩

　　嚴密封閉結構為雙阻梗與泄壓結構，為閥座閥前嚴密封閉，船用球閥處于關閉狀況時，承擔辦公壓力最大，開啟剎那操作扭矩最大，最大扭矩M為


　　式中 Mm———球面立體與閥座間的磨擦轉矩，N?mm

　　Mt———閥桿與填料間的磨擦轉矩，N?mm

　　MO———閥桿與O形圈間的磨擦轉矩，N?mm

　　Mu———閥桿臺肩與止推墊片間的磨擦轉矩，N?mm

　　Mc———軸承的磨擦轉矩，N?mm

　　uT、uo、u1、uc———相應材料的磨擦系數

　　R———球面立體半徑，mm

　　φ———閥座嚴密封閉面法向與流道核心線的夾角，

　　Z———閥桿處填料的數目

　　h———閥桿處填料的高度，mm

　　dF、DT———閥桿直徑及閥桿臺肩的外徑，mm

　　d0———閥桿處O形圈的直徑，mm

　　嚴密封閉結構為雙隔離與泄壓結構，為閥座閥后嚴密封閉，船用球閥處于關閉狀況時，承擔辦公壓力最大，開啟剎那操作扭矩最大，最大扭矩M為 
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