氣動調(diào)節(jié)平板閘閥

氣動調(diào)節(jié)平板閘閥概述：

氣動調(diào)節(jié)平板閘閥主要為尼綸廠萬噸乙炔爐改造項目而研制開發(fā)。在設(shè)計過程中，采用了分離式縮口閥體設(shè)計及軟硬密封相結(jié)合的密封原理，多部件控制氣動操作機構(gòu)實現(xiàn)緊急狀態(tài)快速關(guān)閉閥門。

氣動調(diào)節(jié)平板閘閥主要用于尼綸廠萬噸乙炔爐改造項目，氣動調(diào)節(jié)平板閘閥在管道中起調(diào)節(jié)介質(zhì)流量、緊急狀態(tài)下快速切斷流體通道的作用。由于氣動閘閥工作環(huán)境為露天、易燃易爆的氣體環(huán)境中，所以要求氣動閘閥能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制和防爆等功能。

氣動調(diào)節(jié)平板閘閥技術(shù)參數(shù)：

公稱尺寸：DN50~DN1200

公稱壓力：PN1.0~6.4MPa

連接形式：法蘭連接

主體材質(zhì)：WCB

流通介質(zhì)：天然氣部分氧化生產(chǎn)乙炔的裂解氣體混合物（內(nèi)含炭黑和少量黏附性很強的高聚物），帶有很強的黏性。

氣動控制部分：

氣動定位器：防水、防爆、本質(zhì)安全型

電磁閥：ASCO公司生產(chǎn)

安裝位置：露天、帶有腐蝕性氣體的環(huán)境

氣動調(diào)節(jié)平板閘閥的組成：

氣動調(diào)節(jié)平板閘閥由閥門本體（包括閥體、閥蓋、閘板、閥座、閥桿及支架）、氣動操作機構(gòu)（包括氣缸及其附件）及控制機構(gòu)（包括定位器、電氣轉(zhuǎn)換器、電磁閥、快速換向閥等）三大部分組成。圖1所示為閥門安裝后結(jié)構(gòu)（不包括控制元件部分）。

氣動調(diào)節(jié)平板閘閥控制元件接線方法：

氣動調(diào)節(jié)平板閘閥控制元件接線情況如圖2所示。按圖1和圖2將閥門零件和氣動控制元件裝備完畢。在正常工況下，將氣壓源接上，氣流通過空氣過濾組合進行過濾凈化，凈化后的氣流流過電氣轉(zhuǎn)換器，電氣轉(zhuǎn)換器將電信號4~20mA轉(zhuǎn)換為氣信號20~100KPa，通過氣流大小來控制定位器，流過定位器的氣體經(jīng)過下端三通快速排氣閥的常開接口進入氣缸，將氣缸活塞向上推，帶動閥桿向上運動，將閥門打開。關(guān)閉時，將電信號從大到小變化，氣體流向相反，從氣缸上部接口進入，把氣缸活塞向下推，將閥門關(guān)閉。緊急工況下，電磁閥斷電，三通快速排氣閥常閉端口打開，氣流不經(jīng)過定位器直接進入氣缸上部，將閥門關(guān)閉，切斷管道。

氣動調(diào)節(jié)平板閘閥的結(jié)構(gòu)特點：

①分離式閥體

閥體在氣動調(diào)節(jié)平板閘閥中主要作為工作介質(zhì)的流通通道，在實際使用過程中承受工作介質(zhì)壓力、溫度、沖蝕和腐蝕，是閥門總很重要的承壓元件，因此閥體設(shè)計的功能性和工藝性在閥門設(shè)計中是非常重要的一部分。

閥體設(shè)計的功能性，就是要求設(shè)計的閥體能夠再工作壓力下安全穩(wěn)定地工作，能夠經(jīng)受內(nèi)部流通介質(zhì)的沖刷和外部環(huán)境的侵蝕。

閥體設(shè)計的工藝性，就是要求設(shè)計的閥體工藝上不僅可行，還要求加工方便。對于本閥體，由于帶導(dǎo)流孔閘板尺寸較大，相應(yīng)地閥體結(jié)構(gòu)尺寸也加大，帶來的問題就是模具制作比較麻煩，內(nèi)部尺寸難以加工精度不容易保證?？紤]到這些方面，采用如圖3和圖4所示的閥體結(jié)構(gòu)。

在圖3和圖4中，閥體分為主閥體和副閥體兩部分。副閥體通過螺柱螺母和主閥體連接。采用這種結(jié)構(gòu)有下面兩個優(yōu)點：

1、主、副閥體分開制作鑄模，模具結(jié)構(gòu)簡單，制作起來更容易。

2、主、副閥體分開，主閥體和副閥體結(jié)構(gòu)相對比較簡單，加工過工藝性較好，閥體內(nèi)腔及密封面和導(dǎo)向面要求具有較高的表面粗糙度，加工起來比較容易，精度更容易保證。

②帶導(dǎo)流孔平行閘板

由于氣動調(diào)節(jié)平板閘閥在系統(tǒng)中有調(diào)節(jié)流量的作用，且經(jīng)常處于90%的開度，因此設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖5所示。

閘板的結(jié)構(gòu)確定之后，zui關(guān)鍵的是閘板材料的選擇。初次設(shè)計時，根據(jù)客戶要求采用了不銹鋼材料F304，表面經(jīng)過鹽浴滲氮處理后，閘板表面粗糙度下降，黏稠的介質(zhì)在閘板上大量黏附，導(dǎo)致的后果就是閘板和閥座之間的摩擦力增大，氣動操作機構(gòu)操作力增大，軟的PTFE閥座磨損嚴重，zui后導(dǎo)致整個閥門不能穩(wěn)定可靠地工作。

經(jīng)過與用戶相關(guān)技術(shù)人員的溝通，對閘板進行改進設(shè)計。經(jīng)過討論，閘板材料選用38CrMoAl，表面滲氮處理，經(jīng)過處理后進行平整度和表面粗糙度處理。

閘板下端設(shè)置導(dǎo)流孔，在閘板抬起過程中，由于導(dǎo)流孔的存在，使得閥門的流體通道孔不斷變化，通過的流體流量也隨之變化，起到調(diào)節(jié)流量的作用。

不僅如此，還對閘板的下端結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。在閥門關(guān)閉過程中，閘板下端尖角zui先和閥座密封面接觸，很容易劃傷閥座密封面，同時也會加速閥座密封面的磨損。為了改善這種情況，將閘板的下端邊緣磨圓，減小閘板下端尖角，延長閥座密封面壽命。

③軟硬密封相結(jié)合

在使用中，閥體和閘板之間的間隙很小，粘稠的介質(zhì)在狹小的空間內(nèi)大量堆積，甚至黏附在軟密封面上。這樣在啟閉過程中，軟的密封面很容易就被拉毛，達不到密封作用。

總結(jié)了使用和設(shè)計中的問題，對密封結(jié)構(gòu)進行了改進設(shè)計，以金屬閥座硬密封為主，軟密封圈提供初始預(yù)緊比壓。改進后，金屬閥座和閘板組成密封副，閥座密封面堆焊硬質(zhì)合金。在閘板運動時起密封作用，同時可以很容易刮掉黏附在閘板密封面上的介質(zhì)。裝配時，L形PTFE座圈為金屬閥座提供初始的預(yù)壓力壓緊閘板，使得閘板和閥座之間能夠貼緊，保持通道的密封。

④閘板接頭改進設(shè)計

閥桿和接頭之間采用了T形頭連接形式，在閘板和閥桿之間添加連接接頭，主要基于以下幾點考慮：

（1）閘板直接與閥桿用T形頭連接，在閘板運動時容易產(chǎn)生晃動，開啟高度很大時，閘板容易脫落。

（2）閥桿通過閘板接頭連接，更好地傳遞作用力。

（3）閥桿和接頭之間添加彈簧，關(guān)閉時瞬間在接頭和閥桿之間形成緩沖，降低閥桿和接頭之間的沖擊。

（4）閘板在閥體內(nèi)可以適當(dāng)調(diào)整位置，防止卡死。

改進后的方案中，閘板通過四個錐銷固定在接頭上。

閘板通過T形頭連接閥桿，并且在接頭和閥桿之間安裝了緩沖彈簧。一方面房子接頭和閥桿之間剛接觸瞬間產(chǎn)生比較大的沖擊力；另一方面即能夠防止接頭和閥桿在運動時松脫，又可以在檢修時很容易拆開接頭和閥桿，方便檢修。

⑤氣動操作機構(gòu)

氣動操作機構(gòu)是氣動調(diào)節(jié)平板閘閥的一個典型結(jié)構(gòu)。在氣動操作機構(gòu)中， 用到了氣動裝置、定位器、電氣轉(zhuǎn)換器、快速排氣閥及電磁閥等元器件，在此纖細介質(zhì)以下各元器件的選擇。

（1）氣動裝置的選擇

閥門密封比壓計算見表1，閥桿作用力計算見表2。

氣動裝置是氣動操作機構(gòu)中zui重要的零部件。在選擇時，首先必須計算閥門在工作情況下，閥桿所承受的zui大操作力，根據(jù)此操作力來選擇氣缸的型號。

（2）定位器的選擇

氣動定位器是執(zhí)行機構(gòu)的配套元件，它接受20~100KPa氣壓輸入信號，通過電氣轉(zhuǎn)換器可以接受4~20mA電流輸入信號，通過輸入的信號來控制活塞桿的行程。

（3）電磁閥的選擇

電磁閥是一種控制流體方向的自動化基礎(chǔ)元件，在液動、氣動操作機構(gòu)中應(yīng)用非常廣泛?？紤]到氣動調(diào)節(jié)平板閘閥工作在易燃、易爆及腐蝕性很強的環(huán)境中，氣源壓力不高，需要防爆等，選用ASCO公司生產(chǎn)的電磁閥。

（4）功能

1、防爆功能。由于氣動調(diào)節(jié)平板閘閥的工作介質(zhì)為石油裂解氣體混合物，易燃易爆，因此必須采用防爆型的電器元件。氣動定位器選用了防水、防爆型。電磁閥電壓為24V，進口防爆。同時，個鏈接密封接頭均采用耐腐蝕材質(zhì)，使得整個系統(tǒng)的安全可靠性能大大提高。

2、位置指示功能。在支板上安裝位置刻度指示，準確指示閥門的開啟高度，讓操作人員可以醒目準確地看到閘板的開啟位置，操作更加直觀方便。

3、流量調(diào)節(jié)功能。操作機構(gòu)中采用定位器控制，從電氣轉(zhuǎn)換器輸入的信號準確記憶閥門的開啟和關(guān)閉位置，實現(xiàn)定位器的準確定位，通過改變輸入電流的大小，實現(xiàn)閘板開啟高度的實時變化，很方便地調(diào)整管道中流體的流量。

4、緊急狀態(tài)快速切斷管道。在緊急狀態(tài)下，快速切斷電源，電磁閥斷電，三通快速換向閥的常閉端口打開，氣源不經(jīng)定位器直接進入氣缸，快速關(guān)閉閥門，切斷管道、防止事故的發(fā)生。

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