單閘板楔式高溫閘閥在煉廠催化裂化裝置煙氣輪機(jī)、主風(fēng)機(jī)能量回收機(jī)組中廣泛應(yīng)用，但隨著催化裂化裝置處理量的不斷增大，大口徑的單閘板楔式高溫閘閥在密封效果上遇到了的挑戰(zhàn)，已不能滿足裝置的要求。楔式閘閥有單閘板閥和雙閘板閥兩種結(jié)構(gòu)。單閘板閥是單面密封，密封力主要是楔緊力和介質(zhì)背壓力，由于楔角的加工存在一定誤差，導(dǎo)致閥板和閥座密封面受力不均，易出現(xiàn)泄漏，特大口徑（DN≥1400mm）的單閘板閥的密封性要求更高。另外，單閘板閥其楔角一般＜5°，不易施加較大的楔緊力而導(dǎo)致閥門開(kāi)啟失效。新型雙閘板閥設(shè)計(jì)了特殊的結(jié)構(gòu)，可以克服單閘板閥的不足。
1 雙閘板閥結(jié)構(gòu)
本雙閘板閥屬于新型雙面硬密封結(jié)構(gòu)，閥門口徑DN1500，垂直安裝在水平管線上，采用上下雙閥桿、雙執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制，其閥體部分結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。閥體與上下閥蓋（含填料函）采用厚壁高溫合金鋼板鉚焊結(jié)構(gòu)；閥板呈餅狀，中間厚，周邊逐漸減薄，閥座呈規(guī)則環(huán)狀結(jié)構(gòu)，座圈和閥板均對(duì)稱設(shè)計(jì)，均采用高溫合金鍛件，閥體內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)有較薄的平行式輔助導(dǎo)軌，使閥板可在導(dǎo)軌和座圈上平移；兩塊閥板背靠背，并設(shè)計(jì)有楔緊斜面，由上閥桿將其相連并進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；設(shè)計(jì)有新型楔緊裝置，由下閥桿驅(qū)動(dòng)，新型楔緊裝置由兩塊中間加工有半球窩的對(duì)稱斜度板組成，在其中間安裝一定位球，可以幫助閥板在關(guān)閉過(guò)程中任意方向調(diào)整密封平面，使閥板受力均勻，有效克服兩閥座圈平行度加工誤差對(duì)密封可能造成的影響。
圖1 雙閘板結(jié)構(gòu)圖
2 雙閘板閥密封狀態(tài)受力分析
雙閘板閥從密封結(jié)構(gòu)原理上分為三種，分別是雙面強(qiáng)制密封、單面強(qiáng)制密封和自密封。本閥門口徑特大，雙面強(qiáng)制密封結(jié)構(gòu)需要的驅(qū)動(dòng)力矩非常大，本閥門的技術(shù)指標(biāo)要求不宜選用；而自密封結(jié)構(gòu)，因密封力太小又達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；單面強(qiáng)制密封既可以保證足夠的密封力，又不必提供很大的驅(qū)動(dòng)力矩，故選擇單面強(qiáng)制密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
密封狀態(tài)下雙閘板的受力如圖2所示。若將閥板和楔緊裝置作為一個(gè)單元，這個(gè)單元在Q，、QG、FZ、Nu1'、Nu2'、QUJ、Fu1'、Fu2'八個(gè)力的作用下處于平衡狀態(tài)，其中Q，是上閥桿的推力，QG是閥板的重力，F(xiàn)Z是下閥桿的推力，Nu1'、Nu2'分別是進(jìn)、出口端的密封力，QUJ是介質(zhì)的靜壓力，F(xiàn)u1'、Fu2'分別是進(jìn)、出口端密封面的靜摩擦力。將進(jìn)、出口端閥板單獨(dú)分析：進(jìn)口端閥板受Q1、QG1、Fu1'、Nu1'、NC'、FC'六個(gè)力的共同作用處于平衡狀態(tài)，其中Q1是上閥桿分作用力，NC'是楔緊裝置作用在斜面上的正壓力，F(xiàn)C'是楔緊裝置作用在斜面上摩擦力；出口端閥板受Q2、QG2、Fu2'、Nu2'、QUJ、NC'、FC'七個(gè)力的共同作用處于平衡狀態(tài)，其中Q2是上閥桿分作用力，NC'是楔緊裝置作用在斜面上的正壓力，F(xiàn)C'是楔緊裝置作用在斜面上摩擦力。
圖2 密封狀態(tài)下雙閘板的受力圖
為保證可靠密封，實(shí)際密封力NuJ實(shí)際≥臨界密封力NuJ臨界時(shí)達(dá)到密封。設(shè)計(jì)時(shí)取NuJ實(shí)際=1.2NuJ臨界
3 閥桿的穩(wěn)定性
上、下閥桿（如圖1所示）的材料選用4Cr14Ni14W2Mo，由于使用雙閘板，在密封狀態(tài)需要上、下閥桿軸線方向Q'和FZ兩個(gè)力來(lái)保持閘板與密封座間的密封力，圖3為楔緊裝置的受力圖，其中FZ為下閥桿的受力。上、下閥桿均屬于細(xì)長(zhǎng)軸，因此閥桿應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。
圖3 楔緊裝置受力圖
3.1 閥桿強(qiáng)度計(jì)算
取密封面的寬度2bm=20mm，摩擦系數(shù)取0.3，楔形角度2α=30°，由以上參數(shù)經(jīng)計(jì)算得：上閥桿的zui大臨界推力Q'臨=500000N；下閥桿的zui大臨界推力FZ臨=700000N，查《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）表3-7，P691得，4Cr14Ni14W2Mo在720℃時(shí)的抗壓強(qiáng)度是則上、下閥桿強(qiáng)度分別為：
式中：Q'實(shí)、F'Z實(shí)—密封狀態(tài)下，上、下閥桿對(duì)閥板的實(shí)際作用力，N；
Q'臨、F'Z臨—臨界密封狀態(tài)下，上、下閥桿對(duì)閥板的作用力，N；
dF上、dF——上、下閥桿的危險(xiǎn)斷面直徑，mm
3.2 閥桿穩(wěn)定性計(jì)算
閥桿的穩(wěn)定性與閥桿的細(xì)長(zhǎng)比λ有關(guān)。
3.2.1 上閥桿穩(wěn)定性驗(yàn)算
（1）上閥桿支承模型如圖4所示。當(dāng)LF=3146，l=2780時(shí)，=0.88F取《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）表3-21，P751中一端鉸鏈支承，一端固定支承，對(duì)比=0.9時(shí)的μλ=0.467，取dF=120mm，則實(shí)際細(xì)長(zhǎng)比λ為：
式中：λ—閥桿的實(shí)際細(xì)長(zhǎng)比；λL—臨界細(xì)長(zhǎng)比；l—中間支承到端點(diǎn)長(zhǎng)度；μλ—支承型式影響系數(shù)；LF—計(jì)算長(zhǎng)度。
圖4 上閥桿支承模型
（2）臨界細(xì)長(zhǎng)比λL
經(jīng)查《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）表3-22，P751，在600℃、650℃時(shí)，4Cr14Ni14W2Mo的臨界細(xì)長(zhǎng)比λL分別是79.5與82.2，按表中數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)得，在720℃時(shí)λL＞λ。
（3）關(guān)閉時(shí)，閥桿總軸向力QFZ'=600000N。
（4）閥桿截面積A，查表3-17，P749，取M80×4，則則正應(yīng)力
（5）實(shí)際許用壓應(yīng)力
經(jīng)查圖3-2，P752，當(dāng)λ=49的值，對(duì)應(yīng)的[σy]=210MPa即：σy＜[σy]
∵λ0（-30）＜λ＜λL
∴σy＜[σy]=為穩(wěn)定合格。
圖5 下閥桿支承模型
3.2.2 下閥桿穩(wěn)定性驗(yàn)算
下閥桿支承模型如圖5所示。當(dāng)LF=1600，l=1335時(shí)，=0.88。實(shí)際細(xì)長(zhǎng)比
按=0.8，查《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）表3-21，P751此時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)為鉸鏈支承，一端固定支承，則：
又∵λ＜λ0=30
∴不進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算
此時(shí)閥桿能進(jìn)入閥體內(nèi)部分的zui小截面直徑為D=140mm。
4 結(jié)語(yǔ)
新型高溫雙閘板閥有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）閘板的位置精度要求降低，便于加工；（2）新型楔緊裝置由兩塊中間加工有半球窩的對(duì)稱斜度板組成，在其中間安裝一定位球，可幫助閥板在關(guān)閉過(guò)程中任意方向調(diào)整密封平面，使閥板受力均勻，有效克服兩閥座圈平行度加工誤差對(duì)密封造成的影響；（3）閥座與閥體采用波紋管方式連接，避免使用大量的高溫螺栓，使用過(guò)程更加安全可靠；（4）密封性能大大提高，可以達(dá)到密封介質(zhì)的零泄漏。
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