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        滑板閥在高壓差、高溫和高頻動作工況下的 成功運用案例

        2023-09-19

        滑板閥在高壓差、高溫和高頻動作工況下的

        成功運用案例

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        如下圖所示,是我公司具有自主知識產權的滑板切斷閥,用在高壓差、高溫、高頻切斷工況場合,工藝介質為N2+CO2,動作頻率2~3min/次,年動作次數達14萬余次(按300天計算)。此閥自2017年初安裝至今已有3年多的使用壽命,動作次數達42萬次無檢修。成功地解決了球閥結構,在高頻工況下球心和閥座磨損特別嚴重、閥門啟閉卡阻和使用壽命短的技術難題。

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        閥門參數如下:

        ? ? 公稱口徑:4″

        ? ? 公稱壓力:Class900

        ? ? 工作壓差:8.0MPa

        ? ? 工作介質:N2+CO2

        ? ? 工作溫度:225℃

        ? ? 泄漏等級:ANSI B16.104 VI

        ? ? 閥體材質:ASTM A216 WCB

        ? ? 閥板材質:316+噴涂CrC

        ? ? 閥座材質:WC

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        滑板閥內部結構如下圖所示。閥門采用直行程面密封結構。

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        滑板閥在高壓差、高溫、高頻切斷工況場合,獲得如此優異的使用性能,完全取決于此閥以下結構特點:

        1、滑板閥采用雙平面面密封結構,如下圖一所示。密封面寬度達5mm,密封接觸面積達1555mm2,當閥門關閉時,閥前的介質壓力作用在閥座/閥板密封面單位負載約44MPa,接觸應力小,材料在密封面處接觸應變很小。而球閥,因采用球面(球心)和平面(閥座密封平面)相結合的線密封方式,密封寬度約為0.3~0.5mm(采取對研磨工藝后),密封面單位負載432~720MPa,接觸應力很大,材料在密封面處接觸應變大。當閥門動作時,接觸應變越小,材料抵抗機械拉傷的能力越大,越有利與保護閥門密封面。同樣,接觸應變越小,閥門啟閉阻力也越小。另外滑板閥在密封面內外還采用圓角平滑過渡的結構設計,在閥門動作時可起到導向和減少阻力的作用,更進一步降低了密封面磨損量和啟閉阻力。

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        圖一、滑板閥閥座

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        ?球閥閥座

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        2、滑板閥采用浮動式閥板結構,密封面正常啟閉磨損一點,閥板就浮動補償一點,可保證滑板與閥座持久緊密貼合。結構原理如下圖三所示。

        滑板閥閥板與閥桿采用T型槽連接,閥板在介質流動方向可自由浮動,閥板隨著閥桿一起在執行器的作用下,做上下往復直線運動。因閥板與閥座貼合運動會產生正常的機械磨損,即閥板/閥座會變薄。當閥門關閉時,在流通通徑上的介質壓力——閥板前后凈壓差將閥板整體向閥座方向推靠過去,同時安裝在閥體上的前閥座預壓緊彈簧推動前閥座向閥板靠緊,以保持閥板與閥座一直貼合。此種結構設計,消除了材料正常機械磨損造成的密封不嚴。

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        圖三、浮動式閥座設計

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        此外閥門的密封力源自于介質壓力(閥板前后介質接觸凈面積差),介質壓力越大,閥門密封力越大,更有利于閥門密封。

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        3、閥座采用高硬度的WC金屬合金陶瓷材料,閥板經過超音速噴涂硬質合金處理。WC合金陶瓷材料,具有很高的耐磨性能,即使動作頻率達2min/次,動作磨損也極 小。閥板采用超音速噴涂CrC,粉末熔融溫度達2000℃,粉末沖擊速度可達2馬赫,涂層結合強度高、致密。如下圖四所示。

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        圖四、超音速噴涂、密封面研磨圖片

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        閥門密封面更是經過嚴格的機械研磨、人工研磨和配合對研磨等多道研磨工藝,將平面度控制在0.25um以下,粗糙度可達鏡面級。研磨完成的閥門密封面可清晰照物,如下圖五所示。

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        圖五、鏡面級閥門密封面

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        4、鋼制執行器——鋼筒、鋼活塞,雙導向張力密封活塞執行機構是保證閥門高頻長壽命的關鍵。如下圖六所示。

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        圖六、鋼執行器結構圖

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        考慮到閥門運用的高頻工況要求,為了提高執行器缸筒的使用壽命,特別采用鋼筒+筒內壁硬化處理的制作工藝。鋼制活塞環上下設置兩道導向塊,可有效防止活塞環在動作過程中因受力不平衡造成劃傷鋼壁的情況發生。導向環采用耐磨的增強四氟乙烯材料。執行器上下腔體密封隔離采用雙向張力的密封圈,密封圈在驅動氣體的壓力下,兩個翅片自動向缸壁和活塞環靠攏形成嚴密的密封,且能自動補償磨損余量,可實現持久密封效果,如圖七所示。驅動氣壓力越大,執行器兩個氣室的密封性能越好,不用擔心執行器兩個氣室在頻繁動作下串氣,造成閥門不能動作的情況發生。

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        圖七、雙向張力密封圈密封原理示意圖

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