1、概述

　　目前國(guó)內(nèi)煤化工裝置中用于輸送煤漿(包括黑水、灰水等)的閥門，或電解鋁生產(chǎn)裝置用于輸送料漿的閥門，均采用球閥或整體結(jié)構(gòu)的直流式截止閥。由于此類閥門的閥座不可拆卸更換，且表面硬化困難，普遍存在耐沖蝕性能差，易出現(xiàn)內(nèi)漏和結(jié)疤嚴(yán)重等問(wèn)題。當(dāng)閥門發(fā)生故障時(shí)，需要整機(jī)維修或更換，影響生產(chǎn)，維護(hù)成本高。根據(jù)系統(tǒng)裝置的特殊要求，設(shè)計(jì)了分體直流式金屬密封截止閥，為煤化工和電解鋁裝置用閥門提供了更好的選擇。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　分體直流式金屬密封截止閥主要由左閥體、右閥體、可更換閥座、保護(hù)襯套、閥瓣、閥瓣蓋、閥桿、閥蓋、填料、防轉(zhuǎn)板、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等零部件組成(圖1)。由于閥門輸送的介質(zhì)為固液混合物，且固體顆粒硬度高，流速快，壓力高，靜止時(shí)沉積結(jié)垢，所以閥門要具備耐高壓，耐沖蝕，耐磨損，防結(jié)疤等性能。經(jīng)過(guò)分析，對(duì)閥門結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　(1)閥門采用直流式結(jié)構(gòu)，閥門全開時(shí)，通道呈流線型，壓力損失小，流阻系數(shù)接近于同類型閘閥。

1.左閥體 2.右閥體 3.可更換閥座 4.保護(hù)襯套 5.閥瓣 6.閥瓣蓋 7.閥桿 8.閥蓋 9.填料 10.防轉(zhuǎn)板 11.執(zhí)行機(jī)構(gòu)

圖1 分體直流式金屬密封截止閥

　　(2)閥體采用分體式結(jié)構(gòu)(根據(jù)工況的需要可進(jìn)行閥體內(nèi)表面硬化處理)，閥座采用可更換結(jié)構(gòu)(此結(jié)構(gòu)特別有助于閥座的表面硬化)，閥座上下分別設(shè)計(jì)有特殊密封結(jié)構(gòu)。通過(guò)左右閥體的連接螺栓鎖緊，形成了左右閥體的密封，此結(jié)構(gòu)不僅裝配簡(jiǎn)單方便，也有利于閥門清理和維護(hù)。

　　(3)閥座內(nèi)壁和閥瓣外表面均進(jìn)行表面硬化處理，閥座和閥瓣所有與介質(zhì)接觸的拐角處均倒圓角，不僅有利于表面硬化處理，而且增加了耐沖蝕性。使用時(shí)根據(jù)不同介質(zhì)的實(shí)際情況，采取不同的方式進(jìn)行表面硬化處理，以得到不同的表面硬度(>70HRC、60～70HRC、50～60HRC或<50HRC等)。

　　(4)由于閥門微開啟時(shí)介質(zhì)流速非�？�，對(duì)右閥體內(nèi)壁靠近密封面的一段區(qū)域內(nèi)的沖蝕相當(dāng)嚴(yán)重，所以在該部位鑲有保護(hù)襯套，襯套內(nèi)壁同樣進(jìn)行表面硬化處理，強(qiáng)化了易損件的耐沖刷性能，提高了閥門整體的使用壽命。

　　(5)閥桿和閥瓣均采用防轉(zhuǎn)式設(shè)計(jì)，閥桿上部與支架之間安裝有防轉(zhuǎn)板，閥瓣與閥桿頭部采用方形連接，閥門啟閉時(shí)閥桿和閥瓣只作升降運(yùn)動(dòng)，不作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，既避免了閥桿運(yùn)動(dòng)時(shí)與相關(guān)零件的磨損，又避免了閥瓣啟閉瞬間密封面之間的摩擦，減小了閥瓣開啟受到介質(zhì)沖擊時(shí)回轉(zhuǎn)而引起的閥門不穩(wěn)定性和相接觸零部件之間的磨損。

　　(6)閥瓣和閥座密封面采用球面對(duì)錐面的結(jié)構(gòu)，閥瓣密封面為球面，閥座密封面為錐面(圖2)，有利于密封面自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)吻合。

圖2 閥座密封面

3、主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算

　　3.1、殼體壁厚及流道

　　殼體壁厚按ASMEB16.34-2009規(guī)定的最小壁厚的基本公式計(jì)算。閥門流道最小內(nèi)徑按ASMEB16.34-2009規(guī)定最小流道直徑的90%選取。

　　3.2、密封比壓

　　閥門的密封比壓q為

　　式中q———驗(yàn)算的實(shí)際比壓，MPa；FMZ———密封面上總作用力；FMJ———密封面上介質(zhì)作用力，N；DMW———密封面外徑，mm；DMN———密封面內(nèi)徑，mm；bM———密封面寬度，mm；p———計(jì)算壓力(取p=PN)，MPa；FMF———密封面上軸向密封力，N；fM———密封面摩擦系數(shù)(查表)；α———密封面錐半角，(°)；qMF———密封面上必須比壓(查表或計(jì)算得出)，MPa。

　　若密封面上的實(shí)際工作比壓q滿足qMF<q<[q]，則密封可靠。[q]為密封面材料的許用比壓。

　　3.3、閥桿強(qiáng)度

　　閥門關(guān)閉時(shí)，閥桿軸向力FFZ最大。

　　式中FT———閥桿與填料摩擦力，N；dF———閥桿直徑，mm———填料系數(shù)(查表)；bT———填料寬度，mm

　　閥桿壓應(yīng)力σY為

　　式中AS———閥桿最小截面積，mm2閥桿壓應(yīng)力σY滿足σY<[σY]為合格。[σ]為閥桿材料許用壓應(yīng)力。閥門關(guān)閉時(shí)，閥桿扭應(yīng)力τN為

　　式中MF———關(guān)閉時(shí)閥桿總力矩，N·mm；RFM———關(guān)閉時(shí)閥桿螺紋摩擦半徑(查表)，mm；WS———閥桿最小解截面系數(shù)，mm3；閥桿扭應(yīng)力τN；滿足τN<[τN]為合格。[τN]為閥桿材料許用扭應(yīng)力。閥桿合成應(yīng)力σΣ為

　　閥桿合成應(yīng)力σΣ滿足σΣ<[σΣ]為合格。[σΣ]為閥桿材料許用合成應(yīng)力。

　　3.4、螺栓強(qiáng)度

　　螺栓計(jì)算總載荷FLZ為

　　螺栓拉應(yīng)力σL滿足σL<[σL]為合格。[σL]為螺栓許用拉應(yīng)力。左閥體與右閥體連接螺栓和右閥體與閥蓋連接螺栓應(yīng)滿足ASMEB16.34-2009中的相關(guān)要求。

4、結(jié)語(yǔ)

　　直流式截止閥以其流道通暢、不易沉積料等結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)，在煤化工和電解鋁行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。分體直流式截止閥還能廣泛用于礦冶、造紙和化工等行業(yè)類似的工況中。正確的閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理的閥門部件計(jì)算，才能保證閥門對(duì)特定工況的適應(yīng)性。