雙閥瓣截止閥的設計及應用

武漢鍋爐集團閥門有限責任公司 湖北 武漢

截止閥是截斷類閥門中最普遍采用的閥門之一，廣泛的應用于各種類型及不同參數的壓力管道上，擁有諸多優點，如：在開啟和關閉的過程中，截止閥閥瓣密封面與閥座密封面間無滑動摩擦，摩擦力比閘閥小的多，更耐磨損和擦傷；結構簡單、制造加工方便且便于維修；開啟高度也比閘閥小的多，在對安裝高度有限制的管道上應用優勢明顯。但是由于截止閥開啟和關閉的力較大，所需驅動裝置的推力較大；同時，結構長度較長，閥門整體偏大，制造成本偏高；因此，在各類高壓力、大口徑的管道上，截止閥的應用相對較少。為了迎合市場的需求，擴大截止閥在高壓力、大口徑管道上的應用范圍，設計研發了雙閥瓣類型的截止閥。

2．設計原理

2.1初始條件下閥門關閉，管道中的介質流入閥體，通過大閥瓣上的小孔進入大閥瓣內腔，啟動驅動裝置，使得閥桿帶動小閥瓣先行開啟，打開內密封，介質通過小閥瓣流出，閥門兩端的壓力差迅速減小，繼續開啟小閥瓣直至完全打開（約為1/3的閥門行程），閥桿繼續上升帶動大閥瓣開啟，打開外密封，閥門完全開啟。

2.2閥桿所受的作用力為開啟小閥瓣所需的力以及介質作用在大閥瓣上的力(重力可忽略不計)，小閥瓣開啟后，閥門進出口之間的壓力差減小（主要取決于內外密封之間的面積比），此時開啟大閥瓣，介質作用在大閥瓣上的力遠遠小于直接采用單閥瓣時介質作用在閥瓣上的力，即閥桿所受的總作用力減小，閥桿直徑變小，中腔尺寸變小，閥門的整體結構減小，重量減輕，同時打開閥門所需驅動裝置的推力減小，同時降低了閥門和驅動裝置的制造成本，提高閥門的使用經濟性，達到節能降耗的目的。

3．結構設計

3.1截止閥設計為大、小兩個閥瓣，介質流向為高進低出的結構形式（見圖1）。小閥瓣與大閥瓣通道口的直徑比約為1:2，具體數值可依據截止閥設計壓力及口徑的大小來確定。

圖1

1.閥體2.大閥瓣3.小閥瓣4.閥瓣壓蓋5.止動圈6.閥桿

3.2小閥瓣與閥桿之間的連接采用T型槽連接，為活動連接，具有一定的萬向性。大閥瓣以閥瓣壓蓋與閥桿端部連接，并用止動圈鎖緊；啟閉時，閥瓣與閥體密封面間無旋轉磨擦。

3.3內密封均采用平面強制密封，靠閥瓣和閥座密封平面緊密貼合達到，密封可靠，制造加工簡單。密封面采用耐沖蝕、耐磨損、抗擦傷性好的STL硬質合金堆焊而成，抗沖蝕、耐磨損，使用壽命長。

3.4閥門中腔采用內壓自緊式密封（伍德密封）結構，內壓越高，密封效果越好。

3.5大閥瓣外圓上加工凹槽后再進行鉆孔，使得介質可以沿著孔流進大閥瓣內腔，制造加工簡單。為避免小閥瓣與大閥瓣之間的內腔憋壓，在大閥瓣頂部開了泄壓孔。

3.6閥桿采用38CrMoAlA合金鋼材料，表面進行了氮化處理，提高其抗腐蝕性；設計上保證閥桿與填料組件間有適當間隙，避免產生卡死現象。

3.7閥體為鍛造閥體，避免由于鑄造閥體引起的夾渣、氣孔、裂紋等缺陷，提高截止閥在運用過程中的安全性，增強閥門的使用壽命。

3.8該類型截止閥主要用于高壓力、大口徑的系統管道上。

4．設計計算

4.1閥門主要零部件的設計計算依據閥門設計計算手冊及相關標準的要求進行。

4.2閥桿上的總作用力計算

FZ=Fz1+Fz2

FZ1=FMJ1+FT+FJ-FP+FG1

FZ2=FMJ2+FG2

式中：FZ—閥門開啟時閥桿上的總作用力，N

FZ1—閥門開啟時閥桿帶動小閥瓣所需的作用力，N

FZ2—閥門開啟時閥桿帶動大閥瓣所需的作用力，N

FMJ1—介質作用在小閥瓣上的力，N

FMJ2—介質作用在大閥瓣上的力，N

FT—閥桿與填料摩擦力，N

FJ —開啟時防轉結構中的摩擦力，N

FP —介質作用于閥桿上的軸向力，N

FG1—小閥瓣密封機構的重力，N(一般忽略不計)

FG2—大閥瓣密封機構的重力，N(一般忽略不計)

4.3在實際使用過程中，為了更好的減小介質作用力，保證閥門輕松開啟，可在小閥瓣打開后先停頓一段時間，讓更多的介質流過閥門，使得閥門兩端的壓力差盡量減小，以減小開啟大閥瓣時介質對閥瓣的作用力，減小閥桿受力，更好的保護閥門，延長閥門的使用壽命。

5．閥門使用注意事項

5.1截止閥在使用時作啟閉裝置用，必須處于全開或全關的位置。

5.2截止閥必須按照閥體上的流通方向標識安裝，不能反裝。安裝前應清洗閥門，檢查密封面質量及活動部件的配合運轉是否靈活。

5.3密封圈使用一次后如發現有表面刮傷、形狀橢圓等缺陷，即需予以更換不得重復使用，避免閥門出現外漏現象。

5.4體腔在開始升壓瞬間如發現中腔泄漏，可再擰緊壓緊螺母直到密封，若仍未達到密封，可采用手輪提升閥桿，使填料室再次升高，壓緊楔形密封圈，使其密封。當介質壓力升高后壓緊螺母自動松掉，此時再適當擰緊。

5.5四分環拆裝時，應作標記，保證四塊為同一厚度，安裝時四分環兩側面平行的一塊應最后裝入，且兩側面平行的一塊之一需位于閥體徑向孔處，拆卸時位于徑向孔處的兩側面平行的一塊要最先拆出。

5.6安裝位置要考慮手動操作及維修方便。

6．結語

雙閥瓣截止閥充分利用小閥瓣先行開啟進行泄壓的方式，減小閥桿的受力，避免了截止閥因閥桿所受力矩較大而導致的閥門本體笨重以及選擇大推力驅動裝置而引起的成本提升，在可控范圍內最大限度的優化了截止閥的優點，使得截止閥在大口徑管道上的應用更為經濟合理、安全可靠，同時減少截斷閥門的損傷引起的資源消耗，達到了結構精簡、降低成本、使用安全的目的，滿足高溫高壓、大口徑工況系統對截止閥的需求，具有廣闊的市場應用前景。

7.參考文獻

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[2] 楊源泉.閥門設計手冊[M].北京.機械工業出版社，2000.

[3] (美)J.L.萊昂斯.閥門技術手冊[M].北京.機械工業出版社，1991

ANSI/ASME B16.34-2004，法蘭、螺紋和焊接連接的閥門[S].

8.作者簡介

周青楊(1986- )，女，工程師。