軌道式旋塞閥的工作原理與結(jié)構(gòu)特點
軌道式旋塞閥(圖1)是美國將軍閥門公司在1946年推出的閥門產(chǎn)品,經(jīng)過幾十年的不斷技術(shù)改進,產(chǎn)品的性能安全可靠。在20世紀80年代進入中國市場,并在民航機場和機坪使用。也有將軌道旋塞閥稱為將軍閥或雙關(guān)雙斷閥的。按照結(jié)構(gòu)分類,軌道式旋塞閥應(yīng)歸屬于膨脹式圓柱形旋塞閥,但其特殊的結(jié)構(gòu)和普通的膨脹式圓柱形旋塞閥又有些區(qū)別,故單獨介紹如下。
圖1 軌道式旋塞閥
1—閥體;2—旋塞;3—密封圈;4—墊片; 5—閥蓋;6—填料;7—壓蓋;8—支架; 9—閥桿;10—手輪
一、軌道式旋塞閥的工作原理
軌道式旋塞閥的密封件(滑塊)與旋塞的連接采用導(dǎo)軌式結(jié)構(gòu)。閥門在開啟的過程中,先通過傳動機構(gòu)將旋塞提升到一定高度(設(shè)計給定),隨著旋塞的提升,兩只滑塊逐步被旋塞向閥門中心拉回,當滑塊密封面完全脫離閥體密封面并形成一定的間隙(設(shè)計給定),繼續(xù)通過傳動機構(gòu)使旋塞與滑塊一起旋轉(zhuǎn)90°到閥門開啟。閥門在關(guān)閉過程中,先通過傳動機構(gòu)使旋塞與滑塊一起旋轉(zhuǎn)90°(閥門處于關(guān)閉狀態(tài),但未形成密封),繼續(xù)通過傳動機構(gòu)將旋塞推下,隨著旋塞的向下移動,從而推動滑塊向閥體兩邊密封面靠攏,直至滑塊上的彈性密封圈被均勻地擠壓到閥體兩邊的密封面上,形成密封。
二、軌道式旋塞閥結(jié)構(gòu)特點
1、中法蘭雙重密封結(jié)構(gòu)軌道式旋塞閥大部分用于航空煤油、天然氣、液化石油氣、成品油等,由于航空煤油等介質(zhì)具有很強的滲透性且易燃易爆,為杜絕介質(zhì)外泄漏,在中法蘭處采用O形圈加纏繞墊片雙重密封結(jié)構(gòu)(圖2)。
圖2 中法蘭雙重密封結(jié)構(gòu)
2、填料密封結(jié)構(gòu)軌道式旋塞閥的閥芯在閥門開關(guān)過程中,既要上下移動又要進行旋轉(zhuǎn)運動,加上介質(zhì)的特殊性,為保證填料密封安全可靠采用內(nèi)外O形圈與填料組合密封(圖3)。
圖3 內(nèi)外O形圈與填料組合密封結(jié)構(gòu)
3、閥門中腔超壓泄放功能按照API 6D的規(guī)定,所有雙密封的閥門,必須具有泄放裝置和功能。泄放的壓差是因環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生的。雙密封閥門在關(guān)閉狀態(tài)下,閥門中腔積存的介質(zhì)隨環(huán)境溫度的升高體積膨脹,壓力逐步升高,如果不及時泄放掉該壓差,將會對閥門的操作產(chǎn)生嚴重影響,甚至出現(xiàn)閥門的脹裂,給系統(tǒng)的安全造成嚴重隱患。軌道式旋塞閥通常有三種泄壓系統(tǒng)。
a、手控泄壓系統(tǒng)(用于手動操作閥門)。通常為安裝在閥體上的針形閥,如圖4(a)所示。當閥門關(guān)閉后,開啟中腔壓力泄放閥,將閥體中腔介質(zhì)泄到管道上游或大氣中(當向大氣中泄放時,可以檢驗閥門的密封效果)。
圖4 軌道旋塞閥泄壓系統(tǒng)
b、壓差式泄壓系統(tǒng)(用于手動、電動操作閥門)。是一帶有單向閥(止回閥)的管路系統(tǒng),如圖4(b)所示。手控泄放閥、三通、單向閥、隔離閥構(gòu)成差熱式泄壓系統(tǒng)。隔離閥保持常開,當閥門關(guān)閉后,通過單向閥(止回閥)將閥體中腔的過壓泄放到閥門上游與管道接通。同時開啟手控泄放閥可以檢驗閥門的密封效果,閥門開啟時必須將手控泄放閥關(guān)閉。
c、自動泄壓系統(tǒng)(用于電動操作閥門)。閥門關(guān)閉的同時,通過操作機構(gòu)將泄壓閥自動開啟,使閥腔與管道上游或外界連通。
4、閥門的操作機構(gòu)及自鎖性軌道旋塞閥的操作機構(gòu)(螺套)采用獨特的L形槽結(jié)構(gòu),如圖5(a)所示。將旋塞的軸向直線移動和90°旋轉(zhuǎn)運動分開,使閥門操作靈活、輕便。圖5(a)中A-B為直線移動部分,B-C為90°旋轉(zhuǎn)部分,導(dǎo)向鍵在槽內(nèi)滑動。為了減少手輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù),一般閥桿與螺套的梯形螺紋采用雙頭或多頭。采用的齒輪傳動機構(gòu)本身具有自鎖性,梯形螺紋為重型梯形螺紋,可以承受更大的載荷。
而目前市場上同類閥門中,導(dǎo)向槽也有設(shè)計為V形狀,如圖5(b)所示。該形狀在螺套圓柱面上近為V形螺旋線,其動作原理是A-B是旋塞的初始直線運動階段;B-C旋塞既做直線運動,又做旋轉(zhuǎn)運動,導(dǎo)向鍵承受更大的剪切力,對導(dǎo)向鍵的強度有很高的要求;而且旋塞需要設(shè)計較大的行程,否則,易造成軟密封面與閥體密封面的摩擦,使操作力矩增大,閥門的使用壽命縮短。因此,V形導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)存在致命的設(shè)計缺點。
圖5 導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)
5、關(guān)鍵零部件的特殊工藝處理閥體內(nèi)腔機械加工后(磨削),經(jīng)鍍硬鉻處理,使閥體內(nèi)腔具有耐銹蝕、耐沖刷、耐磨損、耐腐蝕性能;瑝K機械加工后(壓氟橡膠前)經(jīng)鍍硬鉻處理,使滑塊金屬密封面具有耐銹蝕、耐沖刷、耐磨損、耐腐蝕性能。旋塞機械加工后,經(jīng)鍍鎳處理,旋塞及上下軸耐銹蝕、耐腐蝕。
閥桿粗加工后,進行調(diào)質(zhì)處理,精加工后進行滲氮處理,表面硬度不低于900HV,提高了與螺套的抗咬和及抗磨損性能。螺套上的L形導(dǎo)向槽及導(dǎo)向鍵頭部加工后進行淬火處理,不低于45HRC,提高了耐磨損性能,保證了導(dǎo)向鍵能在導(dǎo)向槽內(nèi)自由滑動。
6、填料的在線調(diào)整和維修軌道旋塞閥在支架兩側(cè)面開有進行填料調(diào)整和維修的窗口,當填料產(chǎn)生泄漏時,可以在線增加或更換填料。
7、整體旋塞結(jié)構(gòu)軌道旋塞閥的旋塞采用整體鑄造結(jié)構(gòu)。旋塞與上、下軸為一整體,單向受壓時,確保上、下軸具有足夠的剛度和強度及抗彎曲性。旋塞的上、下軸與底蓋、閥蓋配合處采用了軸承,加工精度和軸承的硬度保證了上、下軸定位準確,防止受介質(zhì)壓力的作用使上、下軸與軸承產(chǎn)生摩擦而磨損,減少了摩擦力。
8、閥門開關(guān)低力矩軌道旋塞閥在旋塞上、下軸處均安裝有軸承,在保證旋塞定位準確的同時,降低了旋塞與下蓋的摩擦力;尤其是大口徑閥門,滑塊在底蓋上旋轉(zhuǎn)和移動時產(chǎn)生非常大的摩擦力造成閥門開關(guān)力矩大,同時滑塊與底蓋長期摩擦會造成底蓋磨損(有磨痕)可能或?qū)е禄瑹o法旋轉(zhuǎn)和移動。因此在底蓋上安裝了噴涂碳化鎢(大于65HRC)的軸承圈,并在滑片底部安裝了滾珠(大于60HRC),通過精密的加工和材料的高硬度有效地避免了上述情況的發(fā)生,完全保證了閥門的開關(guān)輕松靈活。
三、軌道式旋塞閥的應(yīng)用
軌道旋塞閥主要應(yīng)用在民航機場油庫、港口成品油庫的計量系統(tǒng)、計量標定系統(tǒng)、多支管混輸系統(tǒng)、罐根隔斷、航空油料的儲運及機場加油栓、頻繁操作的加料及卸料系統(tǒng)等工況中。介質(zhì)為航空煤油、輕質(zhì)油、天然氣、液化氣、管道煤氣等管道上,作為截斷介質(zhì)的理想裝置。