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上海滬工閥門(mén)廠(chǎng)(集團)有限公司

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滬工閥門(mén)

上海滬工閥門(mén)廠(chǎng)(集團)有限公司

摘要:通過(guò)有限元分析以及試驗結果結合,分析了 API 6A 高磅級暗桿平板閘閥實(shí)現閥前密封的技術(shù)難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞高磅級;暗桿閘閥;閥前密封

一、前言

API 6A 暗桿平板閘閥閥前密封原理:在沒(méi)有壓力或低壓的情況下,通過(guò)閥座后的波形彈簧提供預緊力,推動(dòng)閥座壓向閘板,并與之貼合實(shí)現密封,當有壓力時(shí),通過(guò)閥座前后形成的密封比壓,產(chǎn)生推力,使閥座向閘板移動(dòng)并且貼合在入口端實(shí)現密封。

一般情況下,閘板的厚度大于設計計算得出的閘板最小厚度即可,但是由于暗桿平板閘閥閘板中間設計不通孔以裝配閥桿,導致受壓時(shí)閘板變形量過(guò)大。而且經(jīng)過(guò)密封試驗,這一系列的閥門(mén)均在閘板上口出現了不同程度的泄漏。根據幾臺樣機出現的不同結果,結合其相應閘板的單邊厚度,分析得出,其出現泄漏及泄漏的程度都與閘板單邊厚度有關(guān),故采用 COSMOS 有限元分析與試驗相結合的方式來(lái)解決這個(gè)難點(diǎn)。

二、分析閘板厚度對受壓變形的影響

首先,對閘閥 2-1/16GBN Ⅰ 10MJ 的閘板進(jìn)行分析,通過(guò)有限元分析得出同一種閘板不同厚度的變形情況:

l)改進(jìn)前閘板厚度 42mm,閘板單邊厚度 7mm,如圖 1 所示,圖 2 是在10000psi(1psi=6.895kPa)壓力下閘板的位移量,密封面最外圈從閘板下口開(kāi)始逆時(shí)針?lè )较驕y量一周的位移量如圖 3。

圖 1 改造前閘板
圖 1 改造前閘板
圖 2 改造前閘板位移量
圖 2 改造前閘板位移量
圖 3 密封圈一周位移量
圖 3 密封圈一周位移量

分析結果,得出:閘板受壓時(shí),閘板上口為變形即位移最大處,最大位移為 0.026mm,閘板左右兩側為變形即位移最小處,最小位移為 0.011mm 左右,相對位移為 0.015mm。

2)改進(jìn)后閘板厚度 48mm,閘板單邊厚度 10mm,在 10000psi 壓力下閘板的位移量如圖 4,圖 5 表示密封面最外圈從閘板下口開(kāi)始逆時(shí)針?lè )较驕y量一周的位移量。

圖 4 改造后閘板位移量
圖 4 改造后閘板位移量
圖 5 改造后密封面一周位移量
圖 5 改造后密封面一周位移量

分析結果,得出:閘板受壓時(shí),閘板上口為變形即位移最大處,最大位移為 0.0205mm,閘板左右兩側為變形即位移最小處,最小位移為 0.014mm 左右。相對位移為 0.0065mm。

其次,對閘閥 3-1/16GBN Ⅰ10MJ 的閘板進(jìn)行分析,通過(guò)有限元分析得出同一種閘板不同厚度的變形情況,測量方法同前,從閘板密封面下口開(kāi)始沿密封圈外圓逆時(shí)針?lè )较驕y量。

閘板厚度為 50mm,閘板單邊厚度 7mm 時(shí),在 10000psi 壓力下密封面最外圈從閘板下口開(kāi)始逆時(shí)針?lè )较驕y量一周的位移量如圖 6,閘板厚度為 60mm,閘板單邊厚度 12mm 時(shí),密封面最外圈從閘板下口開(kāi)始逆時(shí)針?lè )较驕y量一周的位移量如圖 7。

圖 6
圖 6 閘板厚度為 50mm,閘板單邊厚度 7mm 時(shí)密封面一周的位移量
圖 7
圖 7 閘板厚度為 60mm,閘板單邊厚度 12mm 時(shí)密封面一周的位移量

同理,閘板厚度為 50mm 時(shí),最大位移為 0.038mm 左右,最小位移為 0.014mm 左右。相對位移為 0.024mm;厚度為 60mm 時(shí),最人位移為 0.0301mm 左右,最小位移為 0.017mm 左右。相對位移為 0.0131mm。

三、分析閥座密封面寬度對受壓變形的影響

對閘閥 3-1/16GBN Ⅰ 15MJ 的閘板進(jìn)行分析,理論分析得知,如果密封面寬度稍微加大,可以增加受壓時(shí)閘板的支撐面積,如圖 8 所示,可以減小受壓時(shí)的變形,通過(guò)有限元分析,得出如下結論。

圖 8 閘板支撐面積
圖 8 閘板支撐面積

閘板厚度為 60mm,單邊厚度為 13mm 時(shí)分析得出的密封面變形位移如圖 9,最大位移最為 0.047mm 左右,最小位移為 0.026mm,相對位移量為 0.021mm。

圖 9
圖 9 閘板厚度為 60mm,單邊厚度為 13mm 時(shí)密封面變形位移

閘板厚度為 66mm,單邊厚度為 16mm,密封面寬度不變時(shí),分析得出的密封面變形位移如圖 10,最大位移量為 0.0445mm 左右,最小位移為 0.0275mm,相對位移量為 0.017mm。

圖 10
圖 10 閘板厚度為 66mm,單邊厚度為 16mm 時(shí)密封面變形位移

閘板厚度為 60mm,單邊厚度為 13mm 密封面寬度增加 1.5mm 時(shí)分析得出的密封面變形位移如圖 11,最大位移量為 0.044mm 左右,最小位移為 0.025mmm,相對位移量為 0.019mm。

圖 11
圖 11 閘板厚度為 60mm,單邊厚度為 13mm,密封面寬度增加 1.5mm 時(shí)分析得出的密封面變形位移

閘板厚度為 66mm,單邊厚度為 16mm,密封面寬度增加 1.5mm 時(shí)分析得出的密封面變形位移如圖 12,最大位移量為 0.043mm 左右,最小位移為 0.027,相對位移量為 0.016mm。

圖 12
圖 12 閘板厚度為 66mm,單邊厚度為 16mm,密封面寬度增加 1.5mm 時(shí)分析得出的密封面變形位移

四、結論

根據以上分析結果,不難看出,影響密封的因素主要有兩個(gè):第一是閘板的厚度,第二是密封面寬度。尤其是在更高磅級的情況下,密封面的寬度起著(zhù)比較大的作用。不僅如此,在改變閘板厚度等因素時(shí),還應將與之相關(guān)聯(lián)的尺寸也進(jìn)行相應的改變,不要產(chǎn)生過(guò)大的厚度差。

根據理論分析進(jìn)行改進(jìn)的 3 臺樣機已經(jīng)全部試驗成功。因此在設計計算時(shí),閘板的厚度除了要滿(mǎn)足計算的結果之外,還要符合分析結果;密封面的計算不僅要滿(mǎn)足密封比壓的要求,還應特殊考慮閥前密封這一特點(diǎn)。兩者結合考慮,可大大改善閥門(mén)的密封性能,達到分析結果滿(mǎn)足閘板密封面最外側的相對變形位移量在 0.015mm 左右。

API 6A 閥門(mén)磅級大于或等于 10000psi 的閥門(mén)屬于高磅級閥門(mén),雖然比較不容易實(shí)現,但是在理論分析與試驗相結合的努力下,API 6A 高磅級暗桿平板閥前密封類(lèi)別的閥門(mén)設計試驗初見(jiàn)成效,已有幾臺樣機試驗成功。但是更多的可能影響暗桿閘閥閥前密封性能的因素還值得進(jìn)一步去探討和研究。


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