滑板閥在高壓差、高溫和高頻動(dòng)作工況下的

成功運(yùn)用案例

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如下圖所示，是我公司具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的滑板切斷閥，用在高壓差、高溫、高頻切斷工況場(chǎng)合，工藝介質(zhì)為N2+CO2，動(dòng)作頻率2～3min/次，年動(dòng)作次數(shù)達(dá)14萬(wàn)余次（按300天計(jì)算）。此閥自2017年初安裝至今已有3年多的使用壽命，動(dòng)作次數(shù)達(dá)42萬(wàn)次無(wú)檢修。成功地解決了球閥結(jié)構(gòu)，在高頻工況下球心和閥座磨損特別嚴(yán)重、閥門啟閉卡阻和使用壽命短的技術(shù)難題。

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閥門參數(shù)如下：

? ? 公稱口徑：4″

? ? 公稱壓力：Class900

? ? 工作壓差：8.0MPa

? ? 工作介質(zhì)：N2+CO2

? ? 工作溫度：225℃

? ? 泄漏等級(jí)：ANSI B16.104 VI

? ? 閥體材質(zhì)：ASTM A216 WCB

? ? 閥板材質(zhì)：316+噴涂CrC

? ? 閥座材質(zhì)：WC

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滑板閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。閥門采用直行程面密封結(jié)構(gòu)。

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滑板閥在高壓差、高溫、高頻切斷工況場(chǎng)合，獲得如此優(yōu)異的使用性能，完全取決于此閥以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1、滑板閥采用雙平面面密封結(jié)構(gòu)，如下圖一所示。密封面寬度達(dá)5mm，密封接觸面積達(dá)1555mm2，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，閥前的介質(zhì)壓力作用在閥座/閥板密封面單位負(fù)載約44MPa，接觸應(yīng)力小，材料在密封面處接觸應(yīng)變很小。而球閥，因采用球面（球心）和平面（閥座密封平面）相結(jié)合的線密封方式，密封寬度約為0.3～0.5mm（采取對(duì)研磨工藝后），密封面單位負(fù)載432～720MPa，接觸應(yīng)力很大，材料在密封面處接觸應(yīng)變大。當(dāng)閥門動(dòng)作時(shí)，接觸應(yīng)變?cè)叫。牧系挚箼C(jī)械拉傷的能力越大，越有利與保護(hù)閥門密封面。同樣，接觸應(yīng)變?cè)叫。y門啟閉阻力也越小。另外滑板閥在密封面內(nèi)外還采用圓角平滑過(guò)渡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在閥門動(dòng)作時(shí)可起到導(dǎo)向和減少阻力的作用，更進(jìn)一步降低了密封面磨損量和啟閉阻力。

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圖一、滑板閥閥座

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?球閥閥座

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2、滑板閥采用浮動(dòng)式閥板結(jié)構(gòu)，密封面正常啟閉磨損一點(diǎn)，閥板就浮動(dòng)補(bǔ)償一點(diǎn)，可保證滑板與閥座持久緊密貼合。結(jié)構(gòu)原理如下圖三所示。

滑板閥閥板與閥桿采用T型槽連接，閥板在介質(zhì)流動(dòng)方向可自由浮動(dòng)，閥板隨著閥桿一起在執(zhí)行器的作用下，做上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。因閥板與閥座貼合運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生正常的機(jī)械磨損，即閥板/閥座會(huì)變薄。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，在流通通徑上的介質(zhì)壓力——閥板前后凈壓差將閥板整體向閥座方向推靠過(guò)去，同時(shí)安裝在閥體上的前閥座預(yù)壓緊彈簧推動(dòng)前閥座向閥板靠緊，以保持閥板與閥座一直貼合。此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，消除了材料正常機(jī)械磨損造成的密封不嚴(yán)。

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圖三、浮動(dòng)式閥座設(shè)計(jì)

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此外閥門的密封力源自于介質(zhì)壓力（閥板前后介質(zhì)接觸凈面積差），介質(zhì)壓力越大，閥門密封力越大，更有利于閥門密封。

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3、閥座采用高硬度的WC金屬合金陶瓷材料，閥板經(jīng)過(guò)超音速噴涂硬質(zhì)合金處理。WC合金陶瓷材料，具有很高的耐磨性能，即使動(dòng)作頻率達(dá)2min/次，動(dòng)作磨損也極 小。閥板采用超音速噴涂CrC，粉末熔融溫度達(dá)2000℃，粉末沖擊速度可達(dá)2馬赫，涂層結(jié)合強(qiáng)度高、致密。如下圖四所示。

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圖四、超音速噴涂、密封面研磨圖片

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閥門密封面更是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的機(jī)械研磨、人工研磨和配合對(duì)研磨等多道研磨工藝，將平面度控制在0.25um以下，粗糙度可達(dá)鏡面級(jí)。研磨完成的閥門密封面可清晰照物，如下圖五所示。

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圖五、鏡面級(jí)閥門密封面

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4、鋼制執(zhí)行器——鋼筒、鋼活塞，雙導(dǎo)向張力密封活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)是保證閥門高頻長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵。如下圖六所示。

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圖六、鋼執(zhí)行器結(jié)構(gòu)圖

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考慮到閥門運(yùn)用的高頻工況要求，為了提高執(zhí)行器缸筒的使用壽命，特別采用鋼筒+筒內(nèi)壁硬化處理的制作工藝。鋼制活塞環(huán)上下設(shè)置兩道導(dǎo)向塊，可有效防止活塞環(huán)在動(dòng)作過(guò)程中因受力不平衡造成劃傷鋼壁的情況發(fā)生。導(dǎo)向環(huán)采用耐磨的增強(qiáng)四氟乙烯材料。執(zhí)行器上下腔體密封隔離采用雙向張力的密封圈，密封圈在驅(qū)動(dòng)氣體的壓力下，兩個(gè)翅片自動(dòng)向缸壁和活塞環(huán)靠攏形成嚴(yán)密的密封，且能自動(dòng)補(bǔ)償磨損余量，可實(shí)現(xiàn)持久密封效果，如圖七所示。驅(qū)動(dòng)氣壓力越大，執(zhí)行器兩個(gè)氣室的密封性能越好，不用擔(dān)心執(zhí)行器兩個(gè)氣室在頻繁動(dòng)作下串氣，造成閥門不能動(dòng)作的情況發(fā)生。

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圖七、雙向張力密封圈密封原理示意圖

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