炎唐阀门

API 6A 高磅级暗杆平板闸 阀实现阀前密封的难点分析

2015/1/25-API 6A 高磅级暗杆平板闸 阀实现阀前密封的难点分析

一、前言

API 6A 暗杆平板闸阀阀前 密封原理:在没有压力或低压的情况下,通过阀座后的波形弹簧提供预紧力,推动阀座压向闸板,并与之贴合实现密封,当有压力时,通过阀座前后形成的密封比压,产生推力,使阀座向闸板移动并且贴合在入口端实现密封。

 

一般情况下,闸板 的厚度大于设计计算得出的闸板最小厚度即可,但是由于暗杆平板闸阀闸板中间设计不通孔以装配阀杆,导致受压时闸板变形量过大。而且经过密封试验,这一系列的阀门均在闸板上口出现了不同程度的泄漏。根据几台样机出现 的不同结果,结合其相应闸板的单边厚度,分析得出,其出现泄漏及泄漏的程度都与闸板单边厚度有关,故采用COSMOS有限元分析与试验 相结合的方式来解决这个难点。

 

二、分析闸板厚度 对受压变形的影响

首先,对闸阀 2-1/16GBNⅠ10MJ的闸板进行分析, 通过有限元分析得出同一种闸板不同厚度的变形情况:

 

l)改进前闸板厚度 42mm,闸板单边厚度      7mm,如图1所示,图2是10000psi(1psi=6.895kPa)压力下闸板的位 移量,密封面最外圈从闸板下口开始逆时针方向测量一周的位移量如图3。

 

图1改造前闸板

 

图2改造前闸板 位移量

 

图3密封圈一周位移量

 

分析结果,得出: 闸板受压时,闸板上口为变形即位移最大处,最大位移为0.026mm,闸板左右两侧为 变形即位移最小处,最小位移为0.011mm左右,相对位移为 0.015mm。

 

2)改进后闸板厚度 48mm,闸板单边厚度      10mm,在10000psi压力下闸板的位移 量如图4,图5表示密封面最外圈 从闸板下口开始逆时针方向测量一周的位移量。

 

图4改造后闸板位移量

图5改造后密封面一周 位移量

 

分析结果,得出: 闸板受压时,闸板上口为变形即位移最大处,最大位移为0.0205mm,闸板左右两侧为 变形即位移最小处,最小位移为0.014mm左右。相对位移为   0.0065mm。

 

其次,对闸阀 3-1/16GBNⅠ10MJ的闸板进行分析, 通过有限元分析得出同一种闸板不同厚度的变形情况,测量方法同前,从闸板密封面下口开始沿密封圈外圆逆时针方向测量。

 

闸板厚度为           50mm,闸板单边厚度      7mm时,在10000psi压力下密封面最外 圈从闸板下口开始逆时针方向测量一周的位移量如图6,闸板厚度为            60mm,闸板单边厚度      12mm 时,密封面最外圈 从闸板下口开始逆时针方向测量一周的位移量如图7。

 

图6闸板厚度为           50mm,闸板单边厚度      7mm时密封面一周的位 移量

 

图7闸板厚度为           60mm,闸板单边厚度      12mm时密封面一周的位 移量

 

同理,闸板厚度为             50mm时,最大位移为 0.038mm左右,最小位移为      0.014mm左右。相对位移为   0.024mm;厚度为60mm时,最人位移为 0.0301mm左右,最小位移为      0.017mm左右。相对位移为   0.0131mm

 

三、分析阀座密封 面宽度对受压变形的影响

对闸阀3-1/16GBNⅠ15MJ的闸板进行分析, 理论分析得知,如果密封面宽度稍微加大,可以增加受压时闸板的支撑面积,如图8所示,可以减小受 压时的变形,通过有限元分析,得出如下结论。

 

图8闸板支撑面积

 

闸板厚度为           60mm,单边厚度为        13mm时分析得出的密封 面变形位移如图9,最大位移最为 0.047mm左右,最小位移为      0.026mm,相对位移量为    0.021mm

 

图9闸板厚度为           60mm,单边厚度为        13mm时密封面变形位移 

 

闸板厚度为           66mm,单边厚度为        16mm,密封面宽度不变 时,分析得出的密封面变形位移如图10,最大位移量为   0.0445mm左右,最小位移为      0.0275mm,相对位移量为    0.017mm

 

图10闸板厚度为           66mm,单边厚度为        16mm时密封面变形位移 

 

闸板厚度为           60mm,单边厚度为        13mm密封面宽度增加 1.5mm时分析得出的密封 面变形位移如图11,最大位移量为   0.044mm左右,最小位移为      0.025mmm,相对位移量为    0.019mm。

 

图11闸板厚度为           60mm,单边厚度为        13mm,密封面宽度增加    1.5mm时分析得出的密封 面变形位移

 

闸板厚度为           66mm,单边厚度为        16mm,密封面宽度增加    1.5mm时分析得出的密封 面变形位移如图12,最大位移量为   0.043mm左右,最小位移为      0.027,相对位移量为    0.016mm。

 

图12闸板厚度为           66mm,单边厚度为        16mm,密封面宽度增加    1.5mm 时分析得出的密封 面变形位移

 

四、结论

根据以上分析结果 ,不难看出,影响密封的因素主要有两个:第一是闸板的厚度,第二是密封面宽度。尤其是在更高磅级的情况下,密封面的宽度起着比较大的作用。不仅如此,在改变闸板厚度等因素时,还应将与之相关联的尺寸也进行相应的改 变,不要产生过大的厚度差。

 

根据理论分析进行 改进的3台样机已经全部试 验成功。因此在设计计算时,闸板的厚度除了要满足计算的结果之外,还要符合分析结果;密封面的计算不仅要满足密封比压的要求,还应特殊考虑阀前密封这一特点。两者结合考虑,可大大改善阀门的密封性能,达到分析结果 满足闸板密封面最外侧的相对变形位移量在0.015mm左右。

 

API 6A 阀门磅级大于或等 于10000psi的阀门属于高磅级 阀门,虽然比较不容易实现,但是在理论分析与试验相结合的努力下,API 6A 高磅级暗杆平板阀 前密封类别的阀门设计试验初见成效,已有几台样机试验成功。但是更多的可能影响暗杆闸阀阀前密封性能的因素还值得进一步去探讨和研究。
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