平底放料閥結構的優化改進研究

陳龍龍 田俊 劉耀武

摘要：本文介紹了平底放料閥的結構特征及工作原理，主要研究探討了優化后的平底放料閥的結構設計，對閥門企業平底放料閥的結構改進與可靠應用提供了一定的理論與實踐借鑒。

Abstract： This paper introduces the structural characteristics and working principle of the flat-bottom discharge valve. The main design of the structure of the optimized flat-bottom discharge valve is discussed， which provides some theoretical and practical references for the structural improvement and reliable application of flat-bottom discharge valves in valve enterprises.

關鍵詞：平底放料閥;優化改進;結構設計

Key words： flat bottom discharge valve;optimization and improvement;structural design

中圖分類號：TH137.52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）36-0177-02

0? 引言

近年來我國氧化鋁行業發展迅猛，進一步加劇了我國鋁土礦資源存貧化、品味下降、對外依存度高的發展現狀，目前我國的氧化鋁生產企業主要集中在山東、山西、河南、廣西、貴州等省份，如何提高氧化鋁行業的產出比，延伸氧化鋁產品的產業鏈，進一步縮小氧化鋁產品的同質化，對我國氧化鋁的良性發展意義重大。本文研究的平底放料閥，作為主要適用于氧化鋁礦砂放料裝置，屬于管路上控制氧化鋁介質的主控閥，是氧化鋁生產過程中的一個重要設備，由于氧化鋁介質高溫高硬度的特點，該閥門一般情況下，使用壽命不超過4個周期（一個周期大概45天左右），要求閥門有耐磨、耐壓、耐沖刷等特點，不允許閥門外漏，平底放料閥，特別是小口徑平底放料閥，因其閥門本身結構緊湊、流道限制等，如何優化其結構，減少其泄漏點，對延長閥門的使用壽命有極大的促進意義。

1? 平底放料閥的特征與種類

常見的平底放料閥閥體結構設計有Y型（直流式）和角式兩種結構，Y型（直流式）平底放料閥閥瓣啟閉軸線與閥體流道出口端軸線成一夾角，通常為45°～60°，角式平底放料閥體為90度角。按照閥瓣的啟閉方式，又可分為內開式平底放料閥和外開式平底放料閥，內開式為閥瓣往上升才能出料，外開式為閥瓣下降才能出料。按照驅動方式可以分為手動、傘齒輪、電動、氣動、液動等幾類種類，目前，隨著智能化、信息化的進一步發展，帶有遠程控制系統的執行機構也逐漸被企業所采用。

2? 平底放料閥的主要功能

平底放料閥主要由閥體、閥瓣、閥座、對開圓環、耐沖刷護套、密封圈、閥桿、支架、閥壓蓋、法蘭、螺母、定位螺釘、填料、防塊塊及執行機構等組成，平底放料閥一般情況下安裝在容器、反應釜、儲罐的底部作為取樣、排料、放料及無死區關斷使用，同時達到消除容器底端的殘留物的作用。

平底放料閥開關由手輪或傘齒輪（電動執行機構）帶動閥桿螺母轉動;閥桿螺母帶動閥桿上下運動（閥桿通過梯形螺紋與閥桿螺母連接），上下運動時有防轉、導向裝置，閥桿不會出現旋轉;閥瓣在支架導向筋的作用下隨閥桿作上下啟閉運動，閥瓣上部通過活動半圓槽與閥桿頭部連接，并在閥瓣與閥體筒體間的限位作用下隨閥桿作上下啟閉運動，向反應釜或儲罐內伸，實現閥門的開關操作。底部法蘭可拆卸，焊接到反應釜或儲罐底部（注意：閥門必需是關閉狀態拆卸法蘭）。一般情況下對于小口徑平底放料閥采用旋轉升降桿，大口徑采用升降桿式。

3? 平底放料閥的優化結構設計

3.1 耐沖刷襯套（護套）結構設計

閥體內腔在介質沖刷最集中的部位設計有耐沖刷、耐腐蝕的襯套（護套）結構設計，在開啟閥門瞬間，可以保護閥體不被介質沖刷，腐蝕，并對襯套進行特殊處理，使表面硬度達到HRC56-62，具有高耐磨、耐腐蝕的功能，在襯套襯套可以拆卸，并更換，這樣很大程度上延長了閥門的使用壽命。

3.2 閥瓣密封副結構設計（見圖1 ）

閥瓣與閥座密封面處除采用堆焊高硬度的硬質合金材料外，可采用噴焊碳化鎢（WC）硬質合金，硬度可達到HRC58-68，這樣使閥瓣密封面硬度進一步提高，密封面選用新型的球面線密封組合結構，提高了密封面耐沖刷性能，保證密封的可靠性，以及閥的使用壽命。

同時閥瓣密封面處采用導向切口機構，并且對下密封表面進行硬化處理。當關閉閥門時，通過閥瓣處的導向切口，能夠切碎粘附在閥瓣表面上的結垢，使閥瓣上下密封面都能很好的與閥座密封面接觸，起到雙重密封的效果，進而提高了閥門的工作性能。

3.3 閥桿抗摩傷結構設計

閥桿采用鍛造結構設計有上密封軸肩，同時保證閥桿下端在閥門內部部分的受力面積大于梯形螺紋的受力面積，即保證閥桿受力破壞發生在閥蓋的外部。為提高閥桿表面硬度和耐磨性，該閥桿表面可根據用戶需求進行輝光離子氮化處理，可使閥桿表面硬度達到HV1100以上，有效的提高閥桿抗擦傷能力與耐腐蝕性能。

3.4 閥桿防轉、導向結構設計

對于升降式結構，閥桿設有防轉、導向裝置（設置在體腔外部），不與介質接觸，保證閥桿在開啟和關閉時只做直線運動，不做回轉運動;同時也避免了導向部位卡死現象。

3.5 閥桿螺母結構設計（見圖2）

上裝式閥桿螺母，閥門開啟時，即使拆去手輪，閥瓣也不會因重力下落;大口徑閥門在閥桿螺母上配有推力軸承以減小閥門開關力矩，啟閉靈活、輕便，同時設計有注脂結構，可以通過油杯給軸承處注入密封脂，進一步減小了啟閉力矩。

3.6 填料函結構設計（見圖3）

在閥桿密封處采用了柔性石墨和編織石墨材質的組合（即一層柔性石墨一層編織石墨填料）。在柔性石墨環的上下是編織柔性石墨，編織石墨能起到增加填料彈性，防止柔性石墨環被擠出的作用，可以更好地起到密封防漏的作用。低壓閥門填料不少于5圈，中高壓閥門填料不少于6圈。對于300磅～2500磅級，填料中間帶有填料隔環。

在下填料壓蓋下部，設計了錐形刀口，刀口部分經過特殊處理，可在閥桿的上升過程中將閥桿上的結垢刮除，在下填料函中裝有陶瓷纖維除污圈，可有效的阻止顆粒進入上填料，并且去除閥桿外表面的附著物，保護上填料不被破壞。

3.7 上密封結構設計

對于內開式平底放料閥結構，設計有上密封結構，當閥全開時可以保護填料，阻止介質從填料函處滲漏。緊急情況下，也可以在在線更換填料。

3.8 三維輔助結構設計

通過三維輔助設計及力學性能分析可以進一步優化某些結構，特別是對于一些小口徑平底放料閥利用三維仿真分析，可以使得設計更為直觀，例如對于小口徑平底放料閥，由于其結構緊湊及流道直徑的限制，對其底法蘭與閥體之間的連接結構設計就提出了更高的要求，設計者在設計時，不能直觀判定如果采取改進后結構閥體底法蘭處能否有足夠的豎直距離在放入螺栓后仍有能放入螺母的距離，該距離通過計算也由于閥體的形狀不規則性，不容易計算。但是，通過三維仿真分析，我們可以直觀判定改進后結構是否可行，有效避免了改進前結構的泄漏點。筆者在實際工作中就利用三維仿真軟件解決了一個類似設計難點問題，一是通過仿真分析，直觀測量距離，二是通過微調了底法蘭與閥體連接螺栓孔的角度，成功克服了泄漏點問題。

4? 結論

本文對平底放料閥的功能進行了介紹，并對其結構進行了進一步的優化設計與改進，通過八個方面的結構優化改進，使得閥門操作方便，開啟自由，運動靈活可靠，閥瓣裝配維修簡單，密封結構合理，密封圈更換方便，進一步提高了平底放料閥的整體性能，有利于提高閥門的密封，耐沖刷、耐壓性能，其使用周期可延長至4-8個周期。

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