滑板阀在高压差、高温和高频动作工况下的 成功运用案例

滑板阀在高压差、高温和高频动作工况下的

成功运用案例

 

如下图所示，是我公司具有自主知识产权的滑板切断阀，用在高压差、高温、高频切断工况场合，工艺介质为N2+CO2，动作频率2～3min/次，年动作次数达14万余次（按300天计算）。此阀自2017年初安装至今已有3年多的使用寿命，动作次数达42万次无检修。成功地解决了球阀结构，在高频工况下球心和阀座磨损特别严重、阀门启闭卡阻和使用寿命短的技术难题。

 

阀门参数如下：

    公称口径：4″

    公称压力：Class900

    工作压差：8.0MPa

    工作介质：N2+CO2

    工作温度：225℃

    泄漏等级：ANSI B16.104 VI

    阀体材质：ASTM A216 WCB

    阀板材质：316+喷涂CrC

    阀座材质：WC

 

 

滑板阀内部结构如下图所示。阀门采用直行程面密封结构。

 

滑板阀在高压差、高温、高频切断工况场合，获得如此优异的使用性能，完全取决于此阀以下结构特点：

1、滑板阀采用双平面面密封结构，如下图一所示。密封面宽度达5mm，密封接触面积达1555mm2，当阀门关闭时，阀前的介质压力作用在阀座/阀板密封面单位负载约44MPa，接触应力小，材料在密封面处接触应变很小。而球阀，因采用球面（球心）和平面（阀座密封平面）相结合的线密封方式，密封宽度约为0.3～0.5mm（采取对研磨工艺后），密封面单位负载432～720MPa，接触应力很大，材料在密封面处接触应变大。当阀门动作时，接触应变越小，材料抵抗机械拉伤的能力越大，越有利与保护阀门密封面。同样，接触应变越小，阀门启闭阻力也越小。另外滑板阀在密封面内外还采用圆角平滑过渡的结构设计，在阀门动作时可起到导向和减少阻力的作用，更进一步降低了密封面磨损量和启闭阻力。

 

图一、滑板阀阀座

 

 球阀阀座

 

2、滑板阀采用浮动式阀板结构，密封面正常启闭磨损一点，阀板就浮动补偿一点，可保证滑板与阀座持久紧密贴合。结构原理如下图三所示。

滑板阀阀板与阀杆采用T型槽连接，阀板在介质流动方向可自由浮动，阀板随着阀杆一起在执行器的作用下，做上下往复直线运动。因阀板与阀座贴合运动会产生正常的机械磨损，即阀板/阀座会变薄。当阀门关闭时，在流通通径上的介质压力——阀板前后净压差将阀板整体向阀座方向推靠过去，同时安装在阀体上的前阀座预压紧弹簧推动前阀座向阀板靠紧，以保持阀板与阀座一直贴合。此种结构设计，消除了材料正常机械磨损造成的密封不严。

 

图三、浮动式阀座设计

 

此外阀门的密封力源自于介质压力（阀板前后介质接触净面积差），介质压力越大，阀门密封力越大，更有利于阀门密封。

 

3、阀座采用高硬度的WC金属合金陶瓷材料，阀板经过超音速喷涂硬质合金处理。WC合金陶瓷材料，具有很高的耐磨性能，即使动作频率达2min/次，动作磨损也极 小。阀板采用超音速喷涂CrC，粉末熔融温度达2000℃，粉末冲击速度可达2马赫，涂层结合强度高、致密。如下图四所示。

 

图四、超音速喷涂、密封面研磨图片

 

阀门密封面更是经过严格的机械研磨、人工研磨和配合对研磨等多道研磨工艺，将平面度控制在0.25um以下，粗糙度可达镜面级。研磨完成的阀门密封面可清晰照物，如下图五所示。

 

图五、镜面级阀门密封面

 

4、钢制执行器——钢筒、钢活塞，双导向张力密封活塞执行机构是保证阀门高频长寿命的关键。如下图六所示。

 

图六、钢执行器结构图

 

考虑到阀门运用的高频工况要求，为了提高执行器缸筒的使用寿命，特别采用钢筒+筒内壁硬化处理的制作工艺。钢制活塞环上下设置两道导向块，可有效防止活塞环在动作过程中因受力不平衡造成划伤钢壁的情况发生。导向环采用耐磨的增强四氟乙烯材料。执行器上下腔体密封隔离采用双向张力的密封圈，密封圈在驱动气体的压力下，两个翅片自动向缸壁和活塞环靠拢形成严密的密封，且能自动补偿磨损余量，可实现持久密封效果，如图七所示。驱动气压力越大，执行器两个气室的密封性能越好，不用担心执行器两个气室在频繁动作下串气，造成阀门不能动作的情况发生。

 

图七、双向张力密封圈密封原理示意图

 

 

部分图文转载自网络，版权归原作者所有，如有侵权请联系我们删除。如内容中如涉及加盟，投资请注意风险，并谨慎决策