雙閥芯雙密封面調(diào)節(jié)閥

明友，王渭，陳鳳官，耿圣陶，余宏兵

(合肥通用機械研究院有限公司，安徽 合肥 230031)

干煤粉氣化工藝中應(yīng)用大量的介質(zhì)為氣固兩相流的閥門。其中，有些使用工況比較惡劣，壓差有時能達5MPa，氣體夾帶著煤粉，以超高流速流經(jīng)閥門，對閥門結(jié)構(gòu)及閥內(nèi)件材料的耐沖刷性提出了更高的要求。國內(nèi)眾多煤化工企業(yè)中使用的高壓差氣固兩相流閥門均存在閥門易密封失效、內(nèi)件更換頻繁的共性問題，導(dǎo)致煤化工企業(yè)因此頻繁停車，給企業(yè)帶來了較大的損失，增加了企業(yè)對設(shè)備的維護成本，也成為影響煤化工企業(yè)長周期運行的一道瓶頸。

本文從閥門的結(jié)構(gòu)和內(nèi)件耐磨材料的選擇兩方面入手，為解決高壓差氣固兩相流調(diào)節(jié)閥密封易失效、閥門使用壽命短等問題，設(shè)計出雙閥芯、雙密封面調(diào)節(jié)閥。

1 閥門工藝特點

在干煤粉加壓氣化工藝的煤粉輸送過程中，煤進料罐的壓力調(diào)節(jié)需要調(diào)節(jié)閥來控制。當(dāng)煤進料罐的壓力高于設(shè)定壓力時，需通過調(diào)節(jié)閥對其進行泄放壓力，直到煤進料罐的壓力等于設(shè)定值，閥門關(guān)閉，泄壓結(jié)束。由于泄壓過程中高壓氣體介質(zhì)中帶有一定量的煤粉，對閥門的磨損較嚴重；泄放壓差較大，從5MPa 降到常壓，介質(zhì)流速非常高。以上惡劣工況加劇了調(diào)節(jié)閥內(nèi)件的磨損速度，極大地縮短了調(diào)節(jié)閥的使用壽命。

2 結(jié)構(gòu)特點

為提高閥門的使用壽命，設(shè)計一種尤其適于應(yīng)用在高壓差、氣固兩相流介質(zhì)中進行壓力調(diào)節(jié)的雙閥芯雙密封面調(diào)節(jié)閥，在保證閥門調(diào)節(jié)性能的基礎(chǔ)上對介質(zhì)進行減壓降噪，并延長調(diào)節(jié)閥的使用壽命。如圖1。

圖1 雙閥芯雙密封面調(diào)節(jié)閥

2.1 雙閥芯雙密封面結(jié)構(gòu)

（1）結(jié)構(gòu)原理。雙閥芯雙密封面調(diào)節(jié)閥的雙閥芯由固定閥芯和可移動閥芯組成?？梢苿娱y芯由主閥芯（3a）與副閥芯（3b）組合而成，閥座上設(shè)有分別與主閥芯（3a）和副閥芯（3b）配合的第一密封面和第二密封面，主閥芯（3a）和副閥芯（3b）之間為可調(diào)式固定連接，通過調(diào)節(jié)主閥芯（3a）和副閥芯（3b）之間的相對位置能夠使主閥芯（3a）與第一密封面貼合時，副閥芯（3b）與第二密封面分離；或副閥芯（3b）與第二密封面貼合時，主閥芯（3a）與第一密封面分離，如圖2（a）。

可移動閥芯與閥桿一體在固定閥芯外圓表面上下滑動，通過改變固定閥芯上所開窗口的面積來達到流量調(diào)節(jié)的目的，如圖2（b）。

圖2 雙閥芯結(jié)構(gòu)

（2）可切換的雙密封面。副閥芯（3b）的上端與閥桿固定連接，主閥芯（3a）上端與閥桿下端配合。主閥芯（3a）的上端面與閥蓋的下端面之間設(shè)有鎖止機構(gòu)（如圖3、4），鎖止機構(gòu)可實現(xiàn)主副閥芯之間的切換。

圖3 閥芯鎖止機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

圖4 閥芯鎖止機構(gòu)局部視圖

主閥芯（3a）的下端為錐面，副閥芯（3b）的下端為平面，閥座上設(shè)有與之相對應(yīng)的錐面和平面，從而形成2 對密封副。當(dāng)錐面相接觸時構(gòu)成第一密封副，形成錐面密封；當(dāng)切換到平面相接觸時形成第二密封副，形成平面密封（如圖5）。

圖5 雙密封面結(jié)構(gòu)示意圖

由于介質(zhì)為高壓差氣固兩相流，對內(nèi)件的沖刷非常嚴重，雙密封面結(jié)構(gòu)相較于單密封面結(jié)構(gòu)閥門壽命可增加2倍以上，當(dāng)一個密封副失效后，可切換到另一密封副。兩個密封副均失效后才需要對閥門進行維修，有效地延長了閥門的使用壽命。

2.2 可實現(xiàn)破壞轉(zhuǎn)移的雙閥芯

由于節(jié)流孔在固定閥芯上，因此最大流速也在固定閥芯上，整個的調(diào)節(jié)過程介質(zhì)不經(jīng)過閥座密封面就已經(jīng)流到下游，對閥座密封面起到了有效的保護；閥芯的密封面也離節(jié)流面有一定的角度，免受破壞（如圖1）。閥芯和閥座的密封面與固定閥芯上的節(jié)流面分離式設(shè)計，使得密封面免受高速流介質(zhì)的沖擊，可有效地防止由于密封面損壞造成的閥門破壞。該結(jié)構(gòu)利用轉(zhuǎn)移破壞原理，靠犧牲固定閥芯來有效地保護閥芯和閥座密封面，另外固定閥芯采用 WC硬質(zhì)合金材料可極大提高閥門的使用壽命，產(chǎn)品維護只需更換固定閥芯即可。

2.3 具有精確調(diào)節(jié)功能的雙閥芯

由于閥門通過可移動閥芯的移動來改變固定閥芯中節(jié)流孔的流通面積，從而實現(xiàn)對流量的調(diào)節(jié)。固定閥芯上設(shè)置自上而下的由大及小的流量孔，大流量時通過大、小孔共同調(diào)節(jié)，微調(diào)時靠最小孔調(diào)節(jié)，以達到精確調(diào)節(jié)的目的。

3 使用效果

該結(jié)構(gòu)閥門在國內(nèi)干煤粉氣化工藝的煤化工企業(yè)中大量應(yīng)用，與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比閥門的使用壽命增加近3 倍；閥門的調(diào)節(jié)精度更高，可靠性更好，使用效果良好，為企業(yè)節(jié)約了大量的設(shè)備維護費用。

4 結(jié)語

（1）雙閥芯結(jié)構(gòu)中可移動閥芯負責(zé)密封和流量調(diào)節(jié)，固定閥芯配合可移動閥芯進行流量調(diào)節(jié)。密封面與節(jié)流面分離式結(jié)構(gòu)設(shè)計有效減緩閥門因密封破壞而引起的失效，極大地提高了閥門的可靠性。

（2）雙密封面結(jié)構(gòu)在閥門一個密封面失效的情況下，可切換到另一個密封面實現(xiàn)密封。這種雙密封面結(jié)構(gòu)在雙閥芯結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進一步提高了閥門的使用壽命。

（3）大流量時依靠大小流量孔共同調(diào)節(jié)，閥門的流通能力更大；小流量時依靠小孔來調(diào)節(jié)，閥門的調(diào)節(jié)精度更高。

雙閥芯、雙密封面調(diào)節(jié)閥的成功應(yīng)用極大地減少了企業(yè)對該設(shè)備的維護成本，徹底解決了該類閥門密封易失效、閥門使用壽命短等問題。該問題的解決有利于企業(yè)減少設(shè)備維護成本的投入；有利于企業(yè)降低能耗；有利于煤化工企業(yè)長周期運行問題的解決，為國內(nèi)煤化工企業(yè)的發(fā)展做出了貢獻。