翻板式安全切斷閥的設(shè)計(jì)

侯潤海

摘要：本文介紹了一種適用于長管道氣體輸送門站，調(diào)壓撬裝置配套的翻板式安全切斷閥。該閥結(jié)構(gòu)新穎、直通型的閥體結(jié)構(gòu)流通能力強(qiáng)，壓損小，噪音低、閥門采用翻板式快速切斷結(jié)構(gòu)，閥瓣的密封比壓大，密封效果好，切斷精度高。閥門關(guān)斷和開啟裝置設(shè)計(jì)于閥外，便于操作，安全系數(shù)高。

Abstract： This article introduces a kind of safety shut-off valve with turning plate which is suitable for gas conveying gate station of long pipeline and matching pressure regulating and prying device. The structure of the valve is novel， straight through valve body structure with strong flow capacity， small pressure loss， low noise， the valve adopts the turning plate type quick cut off structure， seal strength， reliable sealing， high precision cutting. The cut-off and opening devices are designed outside the valve for easy operation and high safety factor.

關(guān)鍵詞：翻板式;切斷閥;扭簧;關(guān)斷;開啟

Key words： turning plate;shut-off valve;torsional spring;shut-off;opening

中圖分類號(hào)：U641.3+3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）19-0161-02

1 ?概述

該閥主要用于天然氣調(diào)壓站，通常與監(jiān)控調(diào)壓閥和工作調(diào)壓閥配套撬裝后使用，在調(diào)壓撬中起著非常主要的作用，從而命名為安全切斷閥。翻板式安全切斷閥主要由以下零件及部件組成：閥體、閥板部件、傳動(dòng)軸部件、閥門蓋板、杠桿釋放部件、外置執(zhí)行器部件等（主體結(jié)構(gòu)見圖1）。翻板式安全切斷閥主要是在工作調(diào)壓閥和監(jiān)控調(diào)壓閥控制失效后，起緊急切斷作用。為了使得閥門在運(yùn)行過程中安全性能更高，閥門關(guān)斷和開啟裝置設(shè)計(jì)與閥門外部。閥門的關(guān)斷裝置是外置執(zhí)行器部件的主要控制部件，關(guān)斷裝置上設(shè)計(jì)有四個(gè)控制接口，四個(gè)控制接口處安裝四個(gè)機(jī)械執(zhí)行器，四個(gè)執(zhí)行器的作用分別是：自力式氣動(dòng)執(zhí)行器、遠(yuǎn)程電磁閥控制執(zhí)行器、手動(dòng)緊急關(guān)斷執(zhí)行器及自動(dòng)復(fù)位執(zhí)行器。正常工作時(shí)安全切斷閥處于全開閥位，當(dāng)下游輸送的天然氣壓力超過管道輸送壓力或低于管道輸送壓力時(shí)，管道引壓系統(tǒng)將壓力信號(hào)傳遞給控制指揮器，指揮器將信號(hào)傳遞給自力式氣動(dòng)執(zhí)行器推動(dòng)機(jī)輪工作，使得杠桿釋放裝置自動(dòng)釋放，閥板部件脫開杠桿釋放裝置來關(guān)斷閥門，并且軸上扭簧力也開始釋放，并對(duì)閥門的嚴(yán)密關(guān)斷起重要的作用。遠(yuǎn)程電磁控制器也能通過電磁控制來完成閥門的緊急關(guān)斷。當(dāng)電氣控制失效是，也可通過手動(dòng)緊急關(guān)斷器來完成閥門的就地關(guān)斷。閥門需要復(fù)位時(shí)（及閥門開啟），需開啟外置手動(dòng)高壓球閥將閥腔前后壓力導(dǎo)通，排空閥腔內(nèi)氣壓后，方可通過外置手輪安全開啟閥門。

2 ?設(shè)計(jì)過程

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)

翻板式安全切斷閥主要有閥體本體和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。安全切斷閥在設(shè)計(jì)、制造、材料、測(cè)試、檢驗(yàn)等方面需依據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)及要求進(jìn)行。

閥門整機(jī)設(shè)計(jì)依據(jù)：EN 14382 氣體調(diào)壓站和設(shè)施用安全裝置-入口壓力達(dá)100bar的氣體安全切斷設(shè)施的要求。

閥門壓力試驗(yàn)及泄漏依據(jù)：ISO 5208 工業(yè)用閥門金屬閥門的壓力試驗(yàn)，閥座的泄漏應(yīng)能夠達(dá)到ISO 5208 A級(jí)要求。

閥門內(nèi)件不銹鋼件依據(jù)：ASTM A276/A276M不銹鋼棒材和型材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

閥門法蘭設(shè)計(jì)依據(jù)：ASME B16.10閥門的端面至端面和尾端至尾端間距。

彈性密封件材料應(yīng)符合：BS EN13787 標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 閥門結(jié)構(gòu)的確定

結(jié)合客戶現(xiàn)場(chǎng)需求及安全切斷閥在調(diào)壓撬中的使用功能。安全切斷閥采用以下結(jié)構(gòu)：閥門關(guān)斷采用自力式直通翻板結(jié)構(gòu)，采用扭曲彈簧提供協(xié)助關(guān)斷力來滿足閥門在緊急情況下具有嚴(yán)密可靠的切斷功能，開啟機(jī)構(gòu)采用軸端齒輪減速機(jī)構(gòu)與復(fù)位手輪可靠連接來完成閥門安全開啟，閥門正常開啟運(yùn)行過程中采用可靠的鎖緊機(jī)構(gòu)即用閥體焊接內(nèi)嵌掛桿來掛穩(wěn)閥板部件，滿足閥板部件在閥門工作過程中安全開啟，閥板與緩臂采用浮動(dòng)式連接形式，有效的減輕了閥板在關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)閥板產(chǎn)生的損傷。為了使得閥門在運(yùn)行過程中安全可靠，閥門執(zhí)行器置于閥門外部。

3 ?主要零件及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算

3.1 閥體的設(shè)計(jì)

3.1.1 閥體結(jié)構(gòu)及成型方式的確定

為了滿足管道流量的要求，減少閥腔的壓損，閥腔設(shè)計(jì)為直通式閥腔結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中主要考慮到壓力、溫度、流量、流體等參數(shù)因素對(duì)閥體的影響，結(jié)合閥體外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，閥體采用一體鑄造成型。

3.1.2 閥體壁厚的確定依據(jù)

③查閥體最小壁厚標(biāo)準(zhǔn)（GB26640-2011），可以確定閥門口徑與壓力所對(duì)應(yīng)的閥體壁厚值。通過以上三種確定閥體壁厚值的方法，為了確保安全可靠，選用較大的壁厚值來作為閥體的壁厚。

3.1.3 閥體內(nèi)腔利用ANSYS進(jìn)行分析校驗(yàn)

ANSYS Workbench環(huán)境下設(shè)置分析條件：1）定義材料屬性：閥體材料為A352-LCC，其屈服強(qiáng)度為275MPa，抗拉強(qiáng)度為485～655MPa;2）劃分網(wǎng)格;3）施加約束：在閥體的兩端法蘭面施加全約束;4）施加壓力：根據(jù)閥腔內(nèi)的工作情況，在閥體內(nèi)腔施加不同的壓力;5）計(jì)算：通過分析結(jié)果的應(yīng)力云圖可以看出閥體所受的最大屈服應(yīng)力為148.26MPa，發(fā)生在閥座安裝的尖角處，但是最大應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于閥體材料的最小屈服應(yīng)力275MPa，最大變形為0.0798mm，即閥腔設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。（圖2）

3.2 閥門蓋板壁厚

閥門蓋板壁厚通常采用與閥體壁厚一致的壁厚。

3.3 閥板厚度

3.4 閥門蓋板與閥體之間連接螺栓強(qiáng)度的校核

3.5 閥板連接型式介紹

為了使閥板密封性能可靠穩(wěn)定，閥板與緩臂通過連接軸連接起來，其中采用背壓式碟簧和浮動(dòng)式軸頭來減少閥板與閥體密封面關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)及閥板回彈問題，使得閥門密封更可靠穩(wěn)定。

4 ?結(jié)束語

翻板式安全切斷閥在天然氣調(diào)壓撬中起著極其重要的作用，因此在閥門設(shè)計(jì)過程中，要全方位考慮到各種影響因素：閥門整機(jī)結(jié)構(gòu)完善性、閥板緊急關(guān)斷時(shí)外置執(zhí)行器的靈敏性、翻板開啟時(shí)掛桿掛住的安全性、扭簧力的永久性和可靠性、閥板與閥體間密封的可靠性、閥內(nèi)密封件密封性能的穩(wěn)定性、閥體及內(nèi)件材料的抗硫化物應(yīng)力腐蝕斷裂和應(yīng)力腐蝕裂紋的要求、手動(dòng)開啟時(shí)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性工作來滿足現(xiàn)場(chǎng)輕松開啟閥門等。只有全方位的考慮閥門在運(yùn)行中的影響因素，才能使產(chǎn)品使用性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。

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[4]EN 14382氣體調(diào)壓站和設(shè)施用安全裝置-入口壓力達(dá)100bar的氣體安全切斷設(shè)施的要求.