李 丹

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司遼陽(yáng)石化分公司，遼寧遼陽(yáng) 111003）

0 引言

目前廣泛應(yīng)用于石油化工、煤化工和天然氣化工等行業(yè)的硬密封雙閘板閘閥，其密封結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)硬化處理，密封面硬度高而耐沖刷和磨損，在含耐磨介質(zhì)工況、高溫工況下，使用壽命、使用效果遠(yuǎn)優(yōu)于平板閘閥。帶導(dǎo)流孔的平板閘閥在結(jié)構(gòu)上僅提供了閥門在開(kāi)位時(shí)用于流通的通道，因此無(wú)法補(bǔ)償閥座磨損，不能形成主動(dòng)密封。對(duì)此閥門的導(dǎo)流裝置進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)在平行式雙閘板閘閥中既滿足導(dǎo)流孔的作用又能實(shí)現(xiàn)開(kāi)位密封。

1 膨脹節(jié)導(dǎo)流管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

膨脹節(jié)導(dǎo)流管主要組成見(jiàn)圖1，上法蘭和下法蘭通過(guò)波紋管連接，導(dǎo)流管作為導(dǎo)流裝置的內(nèi)襯一端與上法蘭焊接，另一端放開(kāi)，使用時(shí)介質(zhì)流方向由上法蘭向下法蘭方向。

圖1 膨脹節(jié)導(dǎo)流管結(jié)構(gòu)

2 結(jié)構(gòu)分析

膨脹節(jié)導(dǎo)流管中的波紋管是導(dǎo)流裝置關(guān)鍵部件，利用波紋管的彈性元件特性實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流裝置的伸縮，保證膨脹節(jié)導(dǎo)流管在裝入閥體后，兩端的密封面與閥體閥座密封面始終有密封壓力存在，從而達(dá)到閥門在開(kāi)啟位置的密封。

在結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度尺寸相對(duì)固定的情況下，波紋管規(guī)格型號(hào)的選擇關(guān)系整個(gè)膨脹節(jié)導(dǎo)流管的使用性能。在以往使用的平行式雙閘板閘閥中，膨脹節(jié)導(dǎo)流管選用的波紋管為單波結(jié)構(gòu)。通過(guò)了解在線運(yùn)行的閥門，開(kāi)啟位密封的效果會(huì)隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸失效，在排除閥門密封面受損的情況下，直接原因?yàn)榕蛎浌?jié)導(dǎo)流管收縮，兩密封面間距達(dá)不到開(kāi)啟位密封所需要的值。針對(duì)這種狀況，在波紋管總高度一定的基礎(chǔ)上，將波紋管改為3波結(jié)構(gòu)。通過(guò)計(jì)算比較，驗(yàn)證帶3波波紋管的膨脹節(jié)導(dǎo)流管具有優(yōu)越性。

3 相關(guān)計(jì)算及設(shè)計(jì)研究

3.1 U形波紋管設(shè)計(jì)計(jì)算（圖2和圖3）

根據(jù)U形波紋管設(shè)計(jì)手冊(cè)的計(jì)算公式，波紋管單波軸向剛度f(wàn)iu計(jì)算見(jiàn)（1）式。

式中Dm——波紋管平均直徑，mm

δm——波紋管成型后的單層名義厚度，mm

D——波紋管直邊端外徑，mm

h——波紋管波高，mm

Cf——U形波紋管計(jì)算修正值，見(jiàn)（2）式

n——膨脹節(jié)層數(shù)

式中rm——型波紋管波峰（谷）的平均曲率半徑，mm

圖2 3波波紋管波形

在保證波紋管強(qiáng)度和不失穩(wěn)的條件下，從表1可以看出，同規(guī)格下，選擇3波波紋管約為單波波紋管剛度的

圖3 單波波紋管波形

表1 3波、單波數(shù)據(jù)對(duì)比

2.5 倍。同時(shí)，3波波紋管受制造的不均勻情況的影響要小于單波波紋管，受力的均勻性方面好于單波波紋管。

3.2 密封力及撐開(kāi)機(jī)構(gòu)碟簧選型計(jì)算

（1）膨脹節(jié)密封力計(jì)算（圖4）。密封面密封力FMF計(jì)算見(jiàn)公式（3）。

圖4 膨脹節(jié)導(dǎo)流管受力

式中DMN——密封面內(nèi)徑，mm

bM——密封面寬度，mm

qMF——密封面比壓

（2）單個(gè)撐開(kāi)碟簧組載荷。當(dāng)波紋管正常狀態(tài)時(shí)，其剛度為表1所示，此時(shí)撐開(kāi)碟簧組為自然狀態(tài)，膨脹節(jié)密封面與閥座密封面之間的密封力由波紋管的軸向彈力提供。

波紋管需最大壓縮的量為ΔX=FMZ/fiu。當(dāng)波紋管預(yù)壓縮量失效時(shí)，此時(shí)撐開(kāi)碟簧組開(kāi)始作用為膨脹，提供膨脹節(jié)密封面與閥座密封面密封所需的密封力。單個(gè)撐開(kāi)碟簧組載荷FMZ=FS/m，其中，F(xiàn)S為碟簧組膨脹力，m為撐開(kāi)碟簧組組數(shù)，碟簧規(guī)格選擇按Φ50 mm×25.4 mm×3 mm，一組由8片碟簧組合而成。碟簧最大變形壓縮調(diào)整量 ΔX＇=8FMZ/fi，其中，fi為碟簧剛度。

在閥門正常工作過(guò)程中，閥門開(kāi)位位置的密封力由膨脹節(jié)波紋管和輔助撐開(kāi)機(jī)構(gòu)的碟簧組共同提供。選擇合適的3波波紋管和碟簧的組合對(duì)閥門開(kāi)位密封起著關(guān)鍵的作用，在保證開(kāi)位密封的情況下，同時(shí)保證開(kāi)關(guān)時(shí)密封面之間的摩擦力不會(huì)過(guò)大的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

4 結(jié)論

在閥門設(shè)計(jì)、制造、使用過(guò)程中,膨脹節(jié)導(dǎo)流管選擇合適的波紋管及輔助撐開(kāi)機(jī)構(gòu)，能達(dá)到以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）導(dǎo)流裝置在閥門開(kāi)位具有撐開(kāi)機(jī)構(gòu)的預(yù)緊力輔助密封，密封效果可靠，使用壽命高。閥門在開(kāi)位時(shí)雜質(zhì)，顆粒等不會(huì)進(jìn)入閥腔堆積，從而達(dá)到免維護(hù)運(yùn)行的目的。

（2）保護(hù)閥座。導(dǎo)流裝置在閥門開(kāi)位時(shí)密封結(jié)構(gòu)受到保護(hù)，不受結(jié)構(gòu)的沖刷、磨蝕，改善了閥門的密封副的壽命。

（3）彈性元件提供密封力的同時(shí)可以吸收閥門熱膨脹的變形和管系應(yīng)力，作為有預(yù)緊力的儲(chǔ)力單元，導(dǎo)流裝置還可以補(bǔ)償密封面的磨損量，從而達(dá)到延長(zhǎng)閥門壽命的作用。