剖析了石油和天然氣管道用固定球止回閥聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)特征和功耗，介紹了一種大口徑單向密封固定球閥門的噴嘴優(yōu)化設(shè)計。

1、概述

在長輸管道輸送系統(tǒng)中，對管道閥門的功耗等要求相當嚴苛，如要求具備防火、防靜電、防爆和0泄露等。為了確保閥門墊圈密封達到0泄露，按照API6D標準噴嘴結(jié)構(gòu)的原理，對管件設(shè)計了多種復(fù)合型殼體結(jié)構(gòu)，本文介紹一種新型大口徑固定球止回閥單向密封聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)。

2、閥座結(jié)構(gòu)

按照API6D標準提出的雙阻塞與泄壓(DBB)和雙隔離與泄壓(DIB-1和DIB-2)的殼體結(jié)構(gòu)原理，縱梁結(jié)構(gòu)有單活塞效應(yīng)、雙活塞效應(yīng)和組合型3種。

(1)雙阻塞與泄壓制件

雙阻塞與泄壓制件(DBB)即單活塞效應(yīng)聯(lián)軸器是自泄壓制件結(jié)構(gòu)，介質(zhì)進口端和出口端聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)一致，它是閥前缸蓋密封原理，介質(zhì)可以單向流動。DBB噴嘴有雙密封噴嘴(圖1)和單密封噴嘴(圖2)兩種結(jié)構(gòu)。雙密封噴嘴是由兩個才能單獨實現(xiàn)噴嘴密封的非金屬材料組合而成，在介質(zhì)壓力作用下，高級噴嘴支撐座上形成的△A1環(huán)型面積差的壓力加上彈簧力，確保高級噴嘴和立方體產(chǎn)生密封副。當時級噴嘴密封失效后，介質(zhì)通過高級噴嘴抵達次級噴嘴，在次級噴嘴支撐座上形成的△A1'環(huán)型面積差的壓力加上彈簧力，確保次級噴嘴和立方體產(chǎn)生密封副。這些噴嘴結(jié)構(gòu)就能在閥腔內(nèi)的介質(zhì)壓力達到公稱壓力的1.33倍時，推開介質(zhì)出口端次級噴嘴支撐座，使介質(zhì)壓力抵達高級噴嘴，介質(zhì)再推開介質(zhì)出口端高級噴嘴支撐座，使球閥的介質(zhì)壓力泄放入出口端，保障了蝶閥胰臟內(nèi)壓力不缺相。

1.高級噴嘴支撐座2.高級噴嘴(錦綸)3.次級噴嘴(氟橡膠)4.次級噴嘴支撐座5.立方體

圖1雙密封的雙阻塞與泄壓制件(DBB)

(2)雙隔離與泄壓制件

雙隔離與泄壓制件(DIB-1)即雙活塞效應(yīng)噴嘴，介質(zhì)進口端和出口端聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)一致，其閥前錐面和閥后殼體都還能實現(xiàn)密封，介質(zhì)可以單向流動。DIB-1噴嘴有雙密封噴嘴(圖3)和單密封噴嘴(圖4)兩種結(jié)構(gòu)。雙密封墊圈由兩個才能單獨實現(xiàn)噴嘴密封的非金屬材料組合而成。在介質(zhì)進口端，高級噴嘴支撐座上形成的△A1環(huán)型面積差的壓力加上彈簧力，確保高級噴嘴和立方體產(chǎn)生密封副。當時級噴嘴密封失效后，介質(zhì)通過高級噴嘴抵達次級噴嘴，在次級噴嘴支撐座上形成的△A1'環(huán)型面積差的壓力加上彈簧力，確保次級噴嘴和立方體產(chǎn)生密封副。

當進口端雙重噴嘴密封全部失效后，介質(zhì)踏入閥腔，抵達出口端聯(lián)軸器，在次級噴嘴支撐座上形成的△A2環(huán)型面積差的壓力加上彈簧力，確保次級噴嘴和立方體產(chǎn)生密封副。當次級噴嘴密封失效，介質(zhì)壓力抵達出口端高級噴嘴，介質(zhì)推開高級噴嘴支撐座，介質(zhì)踏入出口端，不能產(chǎn)生密封副。所以，雙密封噴嘴在出口端僅為一重噴嘴密封，是三重噴嘴密封。因為雙活塞效應(yīng)噴嘴在閥腔異常降壓時，進出口兩端次級噴嘴都還能與立方體產(chǎn)生密封副，因此胰臟內(nèi)超標的介質(zhì)壓力不能泄放，不具有閥腔自泄壓功能。因而，球閥還要在殼體上安裝手動泄壓閥，在閥腔壓力達到公稱壓力的1.33倍時，可通過手動泄壓閥釋放閥腔內(nèi)過低壓力。

圖2單密封的的雙阻塞與泄壓制件(DBB)

(3)組合的雙隔離與泄壓制件

組合的雙隔離與泄壓制件(DIB-2)是結(jié)合雙阻塞與泄壓和雙隔離與泄壓結(jié)構(gòu)的特點球閥，介質(zhì)進口端使用DBB噴嘴，介質(zhì)出口端選用DIB-1噴嘴。組合的雙隔離與泄壓制件為介質(zhì)雙向流動，進出口兩端單向密封。DIB-2結(jié)構(gòu)是三重噴嘴密封。當胰臟壓力達到公稱壓力的1.33倍時，胰臟內(nèi)介質(zhì)推開進口端次級噴嘴支撐座和高級噴嘴支撐座脫離立方體，閥腔內(nèi)的壓力向介質(zhì)進口端手動泄放，確保球閥安全。

3、分析

(1)DBB噴嘴的主要特點是自泄壓，介質(zhì)未排放在球閥外，不會降低石油和天然氣等可燃易爆介質(zhì)泄露引起的害處。雖然，單密封噴嘴僅為進口端一重密封，雙密封噴嘴也只是為進口端二重密封。其實噴嘴密封可以達到0泄露，但很難滿足長輸管線嚴苛載荷的要求。

(2)DIB-1噴嘴密封壽命長，基本滿足長輸管線的嚴酷載荷。但DIB-1噴嘴的閥腔不具有自泄壓功能，還要在殼體上安裝自泄壓安全閥，提高了蝶閥的泄露點。假如泄壓安全閥失效，閥腔異常降壓帶給的危險難以預(yù)估。通常來說，在石油和天然氣長輸管線上使用較少。

圖3雙密封的雙隔離與泄壓制件(DIB-1)

圖4單密封的雙隔離與泄壓制件(DIB-1)

(3)DIB-2噴嘴綜合了DBB和DIB-1結(jié)構(gòu)的特點，是石油和天然氣長輸管線系統(tǒng)中球閥，優(yōu)先選擇的噴嘴密封結(jié)構(gòu)。DIB-2噴嘴結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零件較差，導(dǎo)致零件規(guī)格精度較難控制，零件的硬度和撓度較多，高級和次級聯(lián)軸器之寬度離較大，要保證兩個汽缸和立方體都達到密封，要減小圓球的半徑，進而提高管件的操作轉(zhuǎn)速和原材料費用。故真空技術(shù)網(wǎng)()覺得DIB-2噴嘴應(yīng)用不廣泛。

4、優(yōu)化設(shè)計

經(jīng)過對DBB、DIB-1和DIB-2噴嘴結(jié)構(gòu)的剖析和研究，對大口徑管道固定球止回閥的噴嘴結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。新汽缸為單向雙重密封，介質(zhì)雙向流動，進出口端雙重密封(四重密封)，高級噴嘴和次級噴嘴共用一個汽缸支撐座，兩個汽缸相鄰，結(jié)構(gòu)簡略，密封靠譜，零件受力良好，確保汽缸0泄露，降低了噴嘴密封壽命(圖5)。

圖5優(yōu)化噴嘴(DIB-2)

5、結(jié)語

墊圈密封尺寸對密封副的結(jié)構(gòu)撓度和密封功耗均有巨大的影響。隨著密封尺寸的減小，密封副所受的撓度和應(yīng)變均減小，密封面所受的等效撓度和接觸撓度也減小，使密封功耗增加，但逐漸也引起了密封面上磨擦蠕變的減小，使密封圈的使用壽命減短，所以，還應(yīng)采取舉措降低磨擦蠕變，延長密封圈的使用壽命。

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當前文章標簽：閥座,密封,介質(zhì),初級,次級