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閘閥閘閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 閘閥閘閥 閘閥結(jié)構(gòu) 閘閥閘閥結(jié)構(gòu) 閘閥內(nèi)部結(jié)構(gòu) 閘閥閘板設(shè)計(jì)原理
之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹閘閥閘閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析了楔式閘閥及平行雙閘板閘閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和不足，介紹了楔塊式平行雙閘板閘閥的性能。

1、閘閥閘閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

隨著我國(guó)電力工業(yè)和機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，很多閥門(mén)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但仍有部分閥門(mén)需要從國(guó)外進(jìn)口，其中包括平行雙閘板閘閥。研制平行雙閘板閘閥既能降低電站的建造成本，又能提高國(guó)內(nèi)電站閥門(mén)的技術(shù)能力。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥閘閥種類(lèi)很多，根據(jù)閘板形狀可分為楔式閘閥和平行式閘閥。

1）平行式閘閥：密封面與垂直中心線(xiàn)平行，即兩個(gè)密封面互相平行的閘閥。如圖2—12所示。

    在平行式閘閥中，以帶推力楔塊的結(jié)構(gòu)zui常為常見(jiàn)，既在兩閘板中間有雙面推力楔塊，這種閘閥適用于低壓中小口徑（DN40—300mm）閘閥。也有在兩閘板間帶有彈簧的，彈簧能產(chǎn)生予緊力，有利于閘板的密封。
    2）楔式閘閥：密封面與垂直中心線(xiàn)成某種角度，即兩個(gè)密封面成楔形的閘閥如圖2—13所示。 
    密封面的傾斜角度一般有2°52´，3°30´，5°， 8°， 10°等，角度的大小主要取決于介質(zhì)溫度的高低。一般工作溫度愈高，所取角度應(yīng)愈大，以減小溫度變化時(shí)發(fā)生楔住的可能性。 
    在楔式閘閥中，又有單閘板，雙閘板和彈性閘板之分。單閘板楔式閘閥，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠，但對(duì)密封面角度的精度要求較高，加工和維修較困難，溫度變化時(shí)楔住的可能性很大。雙閘板楔式閘閥在水和蒸氣介質(zhì)管路中使用較多。它的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)密封面角度的精度要求較低，溫度變化不易引起楔住的現(xiàn)象，密封面磨損時(shí)，可以加墊片補(bǔ)償。但這種結(jié)構(gòu)零件較多，在粘性介質(zhì)中易粘結(jié)，影響密封。更主要是上、下?lián)醢彘L(zhǎng)期使用易產(chǎn)生銹蝕，閘板容易脫落。彈性閘板楔式閘閥，它具有單閘板楔式閘閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠的優(yōu)點(diǎn)，又能產(chǎn)生微量的彈性變形彌補(bǔ)密封面角度加工過(guò)程中產(chǎn)生的偏差，改善工藝性，現(xiàn)已被大量采用。

2.1、楔式閘閥

楔式閘閥兩個(gè)密封面與管道軸線(xiàn)成一定的夾角，即兩個(gè)密封面成楔形。楔式閘閥常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)是楔式單閘板閘閥( 圖1) 和楔式雙閘板閘閥( 圖2) 。楔式單閘板閘閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，使用可靠，但閥門(mén)對(duì)密封面角度的精度要求較高，加工維修比較困難，一般生產(chǎn)制造企業(yè)只能配作，產(chǎn)品無(wú)互換性。閥門(mén)開(kāi)啟瞬間存在很大的靜摩擦力，開(kāi)啟力矩大，須配置較大功率的電動(dòng)執(zhí)行裝置，才能保證正常啟閉，但過(guò)大的關(guān)閉力矩易造成密封面損傷及閘板楔住。在溫度升高狀態(tài)下，由于材料強(qiáng)度降低，密封面的硬度下降，密封副處于膠合狀態(tài)，此時(shí)如果關(guān)閉力矩不當(dāng)，閘板楔住的可能性比較大。

楔式單閘板結(jié)構(gòu)

圖1 楔式單閘板結(jié)構(gòu)

1. 下?lián)醢?. 頂芯3. 閘板架4. 左閘板5. 上擋板6. 右閘板

楔式雙閘板

圖2 楔式雙閘板

楔式雙閘板閘閥對(duì)密封面角度的精度要求較低，可以通過(guò)左右閘板之間的萬(wàn)向頂芯調(diào)整密封面的角度，以彌補(bǔ)密封面角度在加工時(shí)產(chǎn)生的偏差，而且密封面磨損時(shí)可以在萬(wàn)向頂芯位置加墊片補(bǔ)償，同時(shí)降低了在溫度升高時(shí)閘板楔住的可能性。但其閘板組件零件較多，結(jié)構(gòu)松散，閘板易脫落，可靠性差，易發(fā)生閥桿根部退刀槽或銷(xiāo)孔處斷裂、上下?lián)醢邃P蝕致閘板脫落或閘板架斷裂等故障。

2.2、平行雙閘板閘閥

平行雙閘板閘閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要在于左右閘板的撐開(kāi)方式，一般分為彈簧式和楔式。彈簧式平行雙閘板閘閥( 圖3) 的閘板組件主要有左右閘板、閘板架、彈簧、定位套和螺柱等零件組成，彈簧個(gè)數(shù)一般為三個(gè)螺旋彈簧。小口徑閥門(mén)由于受空間限制一般為單個(gè)彈簧，且無(wú)定位套，僅靠?jī)蓚?cè)閥座對(duì)閘板定位。閥門(mén)開(kāi)襠尺寸及彈簧預(yù)緊力調(diào)整比較方便，加工相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較為普遍。但彈簧力的調(diào)整不易控制。彈簧力過(guò)大，會(huì)造成閥門(mén)啟閉不靈活，在啟閉過(guò)程中出口側(cè)密封面壓力大，容易磨損擦傷。彈簧力過(guò)小，閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)下，不足以形成密封面的必需比壓，易造成泄漏，特別是在低壓介質(zhì)狀態(tài)下。在高溫狀態(tài)下，彈簧長(zhǎng)期處于某一狀態(tài)，有可能出現(xiàn)失效。

彈簧式平行雙閘板結(jié)構(gòu)

1. 定位套2. 閘板架3. 彈簧4. 左閘板5. 右閘板6. 螺柱

圖3 彈簧式平行雙閘板結(jié)構(gòu)

楔式平行雙閘板閘閥分為上楔式( 圖4) 和下楔式兩種。上楔式是靠閥桿頭部的斧形扁錐頭插入雙閘板之間實(shí)現(xiàn)撐開(kāi)左右閘板的結(jié)構(gòu)。閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，閥桿推動(dòng)閘板向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)閘板架下部碰到閥體底部的定位螺栓時(shí)，閥桿繼續(xù)下行撐開(kāi)左右閘板，以達(dá)到密封要求。下楔式和上楔式的主要區(qū)別是斧形扁錐頭頂芯在下部，安裝在閘板架底部的定位孔內(nèi)。當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，頂芯先頂住閥體底部的定位凸臺(tái)，閥桿推動(dòng)閘板繼續(xù)下行，使頂芯從下面撐開(kāi)左右閘板以達(dá)到密封所需的密封比壓。

上楔式平行雙閘板閘閥在關(guān)閉過(guò)程中，閘板受到介質(zhì)壓力的推壓，密封面的摩擦阻力增大，有可能在閘板架沒(méi)有到位的情況下就撐開(kāi)左右閘板，致使關(guān)閉更為困難，閘板繼續(xù)下行易造成密封面磨損、擦傷，甚至關(guān)閉不到位，影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且安裝時(shí)根據(jù)需要調(diào)整定位螺栓的高度，比較繁瑣。下楔式平行雙閘板閘閥在結(jié)構(gòu)上消除了閥門(mén)關(guān)閉不要位的問(wèn)題，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)閘板架、頂芯的加工精度較高，而且對(duì)頂芯的材料也有一定要求。

上楔式平行雙閘板結(jié)構(gòu)

1. 定位螺栓2. 閘板架3. 閥桿4. 左閘板5. 右閘板6. 閥體

圖4 上楔式平行雙閘板結(jié)構(gòu)

2.3、楔塊式平行雙閘板閘閥

楔塊式平行雙閘板閘閥的閘板組件( 圖5) 由左右閘板、上下楔塊( 左右板架) 和彈簧等零件組成。閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)閥桿螺母帶動(dòng)閥桿向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)下楔塊碰到閥體底部的定位凸臺(tái)時(shí)，閥桿驅(qū)動(dòng)上楔塊繼續(xù)下行。下行過(guò)程中閥桿軸向力轉(zhuǎn)化為左右閥座密封力，達(dá)到可靠密封。閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)閥桿向上運(yùn)動(dòng)，閥桿帶動(dòng)上楔塊使其與下楔塊分離。當(dāng)閥桿頭部與上密封座接觸時(shí)，閘板組件脫離通道完成開(kāi)啟動(dòng)作。

楔式平行雙閘板結(jié)構(gòu)

1. 下楔塊2. 彈簧3. 左閘板4. 上楔塊5. 右閘板

圖5 楔式平行雙閘板結(jié)構(gòu)

上、下楔塊的接觸為線(xiàn)接觸，上楔塊為半徑R的圓弧面，下楔塊為角度α 的斜面，上下楔塊接觸時(shí)為一條線(xiàn)，減少兩楔塊相互運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，降低閥桿的驅(qū)動(dòng)力矩。由于楔角大小直接影響閥門(mén)啟閉力矩的大小。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的楔角，可以減小閥桿的驅(qū)動(dòng)力矩，降低驅(qū)動(dòng)裝置等級(jí)，節(jié)約制造成本，同時(shí)避免上下楔塊的自鎖，確保閥門(mén)正常開(kāi)啟。在上、下楔塊之間設(shè)置一個(gè)螺旋彈簧，一則在開(kāi)啟時(shí)通過(guò)彈簧預(yù)緊力作用于上楔塊，給其一向上的作用力，減小閥桿在開(kāi)啟瞬間的驅(qū)動(dòng)力矩，二則在關(guān)閉時(shí)下楔塊接觸閥體底部定位的瞬間，由于驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力矩較大，閥桿的軸向力較大，彈簧可以緩沖上楔塊對(duì)下楔塊的沖擊載荷。

啟閉過(guò)程中閘板與閥座的相對(duì)位置

(a) 關(guān)閉狀態(tài)(b) 開(kāi)啟狀態(tài)

圖6 啟閉過(guò)程中閘板與閥座的相對(duì)位置

在啟閉過(guò)程中，由于上下楔塊是圓弧面與斜面線(xiàn)接觸，摩擦力小，通過(guò)彈簧預(yù)緊力使上、下楔塊產(chǎn)生相對(duì)水平位移( 圖6) ，實(shí)現(xiàn)閘板與閥座兩密封面分離，減少密封面之間的摩擦，從而減小閥桿的驅(qū)動(dòng)力矩，也降低高溫狀態(tài)下閘板楔住的發(fā)生機(jī)率。由于上下楔塊在關(guān)閉時(shí)為線(xiàn)接觸，應(yīng)力較大，所以在設(shè)計(jì)制造時(shí)要對(duì)上下楔塊接觸面進(jìn)行熱處理或堆焊硬質(zhì)合金，增加耐磨性，延長(zhǎng)使用壽命。

3、結(jié)語(yǔ)

楔塊式平行雙閘板閘閥摩擦力小，驅(qū)動(dòng)力矩小，密封性好，耐磨損，性能穩(wěn)定，適用于大型火電和核電機(jī)組。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥