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时间:2018-12-10
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1、API铸钢浮动球阀结构改进摘要:介绍了API铸钢浮动球阀的密封和耐火结构改进设计;改进后降低了阀门操作力矩,提高了铸钢浮动球阀的密封能力和耐火能力。关键词:密封;耐火;结构改进。概述近些年来,在国内外石油、石化、天然气等工业领域,铸钢浮动球阀的应用得到快速的发展;现今大多数企业使用的球阀技术标准直接采用了国外先进设计标准,如API6D管线阀门、API608法兰和对焊端金属球阀、API6A井口装置和采油树设计规范及API607转1/4周阀门和非金属阀座阀门的耐火试验等。石油、石化苛刻的工况和企业严格的技术规范对球阀的质量要求越来越高,
2、对球阀的阀座密封性能、阀杆的密封性能、阀门启闭扭矩大小、阀门防火设计等主要技术指标越来越严格。而我国现有工业设备和石油管线上的铸钢浮动球阀结构较落后,较难满足上述性能。尤其传统结构阀座密封力较大,防火设计迗不到API607的耐火试验要求,阀门启闭扭矩大等缺点。经过多次深入用户使用现场,了解用户的使用情况,对传统铸钢浮动球阀结构进行改进,根据API6D管线阀门标准优化了铸钢浮动球阀的传统结构,改进了阀座和阀杆处密封性能,阀门启闭扭矩相对于传统结构铸钢浮动球阀,扭矩降低了30〜40%。结构改进分折2.1.阀座密封结构改进这两种密封面较宽
3、的阀座密封面结构,无论是在工作压力还是最大的设计压力作用下,都会使阀门的启闭扭矩较大;在高压情况下,当阀座材料采用尼龙时,由于尼龙吸水率大会造成阀座膨胀,容易使阀座把球体抱死,增大了阀座预紧力,进而加大了阀门启闭扭矩,容易使阀杆变形,甚至扭断,最终使阀门启闭失常。为了改善阀座的受力情况,现把阀座密封面改为双重斜面结构,它根据实际工况和阀座的设计预紧要求,充分利用聚四氟乙稀的冷流和弹性;在整机装配后,只要很小的预紧力就能实现低压气密封;而随着介质压力逐渐增加,阀座密封面逐渐加宽,同时阀座的密封力随着介质工作压力变化而改变。如图2所示,
4、在实际工况中,介质的工作压力往往比设计压力要小,这时候所产生的密封力一般如式2.2.阀座耐火结构改进传统结构浮动球阀无法通过API607耐火试验的主要原因是:⑴球体没有得到支撑,因自重下垂。⑵阀座硬面防火凸台很薄,如果加厚防火凸台,阀座内径要加大,球体也要加大,阎门外形同时也加大,成本增加,所以防火凸台尺寸不能太大,一般只有1〜3mm宽,在燃烧期间,防火凸台已软化变形,和球面接触部分不能达到密封要求,球体失去阀座支撑后球体下垂,阀座防火凸台上沿与球体之间已出现很大的流通面积,介质压力已经泄掉,仅为0.2MPa的介质压力无法推动球体与
5、阀座防火凸台形成密封副,无法实现密封比压,导致耐火试验失败,见图3。改进后的阀座耐火结构见图4,(1)为防止球体下垂在阀体内设一条环形支撑带;(2)在球体下端增加小钢球和圆柱弹簧,弹簧能防静电,又能起到支撑球体的作用;(3)将阀座防火凸台改为R形圆角坚固可靠,燃烧后不变形。改进后的优点:(1)燃烧后球体失去阀座支撑,由环带支撑球体防止下垂,依靠介质压力把球推向R形圆角阀座密封面实现密封。(2)降低生产成本和工艺成本,因采用R形圆角阀座的内径缩小球体缩小,阀体外形也随着减小,使阀门结构紧凑重量减小,从而降低生产成本;工艺成本的降低是因
6、为采用了R形圆角结构,与凸起的老结构相比机加工和检测方便,加工精度容易得到保证,从而降低成本。2.3.阀杆密封结构改进阀杆密封是一项重要指标,往往由于填料磨损,预紧比压不够等造成阀杆部位泄漏。通常填料材料使用聚四氟乙烯或石墨,聚四氟乙烯不耐火,也就无法迗到API607的要求,作为不易燃介质及没有耐火要求的阀门是可行的。石墨耐火,但一重石墨密封启闭容易泄漏。改进后的阀杆密封增设一道0形圈密封,使阀杆具有双重密封功能,在正常使用状态下,0形圈密封。当0形圈被烧毁时,石墨起到防火作用,又能迗到API607的耐火要求。2.改进后的检测结果2
7、.1.阀座密封测试检验标准API6D,低压0.6MPa气体,测试100%零泄2.2.扭矩测试1.腔体带压下,通孔一端带压,一端通向大气,由关闭到开启;2.2.同a条一样,另一端带压,重复;结论:综上所述,通过改进、生产、试验,改进后阀门的各项指示均达到API门6D管线阀门标准的要求,虽然改进产品结构是改善性能的必要条件,可是一个产品无论有多先进、结构合理并不代表产品的最终质量。因为每一个新的产品在每一个使用工况都要通过试运行,它的成功背后都经历过长期的使用过程。参考文献:陆陪文主编实用阀门设计手册第3版。北京,机械工业出版社。201
8、2年7月。章华友等著球阀设计与选用。北京科学技术出版社。1994年。美国石油学会API6D-2008第23版管线阀门。2008年10月。中华人民共和国国家标准GB/T12237-2007石油、石化及相关工业用的钢制球阀。2007年11
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