双阀瓣截止阀的设计及应用

武汉锅炉集团阀门有限责任公司 湖北 武汉

截止阀是截断类阀门中最普遍采用的阀门之一，广泛的应用于各种类型及不同参数的压力管道上，拥有诸多优点，如：在开启和关闭的过程中，截止阀阀瓣密封面与阀座密封面间无滑动摩擦，摩擦力比闸阀小的多，更耐磨损和擦伤；结构简单、制造加工方便且便于维修；开启高度也比闸阀小的多，在对安装高度有限制的管道上应用优势明显。但是由于截止阀开启和关闭的力较大，所需驱动装置的推力较大；同时，结构长度较长，阀门整体偏大，制造成本偏高；因此，在各类高压力、大口径的管道上，截止阀的应用相对较少。为了迎合市场的需求，扩大截止阀在高压力、大口径管道上的应用范围，设计研发了双阀瓣类型的截止阀。

2．设计原理

2.1初始条件下阀门关闭，管道中的介质流入阀体，通过大阀瓣上的小孔进入大阀瓣内腔，启动驱动装置，使得阀杆带动小阀瓣先行开启，打开内密封，介质通过小阀瓣流出，阀门两端的压力差迅速减小，继续开启小阀瓣直至完全打开（约为1/3的阀门行程），阀杆继续上升带动大阀瓣开启，打开外密封，阀门完全开启。

2.2阀杆所受的作用力为开启小阀瓣所需的力以及介质作用在大阀瓣上的力(重力可忽略不计)，小阀瓣开启后，阀门进出口之间的压力差减小（主要取决于内外密封之间的面积比），此时开启大阀瓣，介质作用在大阀瓣上的力远远小于直接采用单阀瓣时介质作用在阀瓣上的力，即阀杆所受的总作用力减小，阀杆直径变小，中腔尺寸变小，阀门的整体结构减小，重量减轻，同时打开阀门所需驱动装置的推力减小，同时降低了阀门和驱动装置的制造成本，提高阀门的使用经济性，达到节能降耗的目的。

3．结构设计

3.1截止阀设计为大、小两个阀瓣，介质流向为高进低出的结构形式（见图1）。小阀瓣与大阀瓣通道口的直径比约为1:2，具体数值可依据截止阀设计压力及口径的大小来确定。

图1

1.阀体2.大阀瓣3.小阀瓣4.阀瓣压盖5.止动圈6.阀杆

3.2小阀瓣与阀杆之间的连接采用T型槽连接，为活动连接，具有一定的万向性。大阀瓣以阀瓣压盖与阀杆端部连接，并用止动圈锁紧；启闭时，阀瓣与阀体密封面间无旋转磨擦。

3.3内密封均采用平面强制密封，靠阀瓣和阀座密封平面紧密贴合达到，密封可靠，制造加工简单。密封面采用耐冲蚀、耐磨损、抗擦伤性好的STL硬质合金堆焊而成，抗冲蚀、耐磨损，使用寿命长。

3.4阀门中腔采用内压自紧式密封（伍德密封）结构，内压越高，密封效果越好。

3.5大阀瓣外圆上加工凹槽后再进行钻孔，使得介质可以沿着孔流进大阀瓣内腔，制造加工简单。为避免小阀瓣与大阀瓣之间的内腔憋压，在大阀瓣顶部开了泄压孔。

3.6阀杆采用38CrMoAlA合金钢材料，表面进行了氮化处理，提高其抗腐蚀性；设计上保证阀杆与填料组件间有适当间隙，避免产生卡死现象。

3.7阀体为锻造阀体，避免由于铸造阀体引起的夹渣、气孔、裂纹等缺陷，提高截止阀在运用过程中的安全性，增强阀门的使用寿命。

3.8该类型截止阀主要用于高压力、大口径的系统管道上。

4．设计计算

4.1阀门主要零部件的设计计算依据阀门设计计算手册及相关标准的要求进行。

4.2阀杆上的总作用力计算

FZ=Fz1+Fz2

FZ1=FMJ1+FT+FJ-FP+FG1

FZ2=FMJ2+FG2

式中：FZ―阀门开启时阀杆上的总作用力，N

FZ1―阀门开启时阀杆带动小阀瓣所需的作用力，N

FZ2―阀门开启时阀杆带动大阀瓣所需的作用力，N

FMJ1―介质作用在小阀瓣上的力，N

FMJ2―介质作用在大阀瓣上的力，N

FT―阀杆与填料摩擦力，N

FJ ―开启时防转结构中的摩擦力，N

FP ―介质作用于阀杆上的轴向力，N

FG1―小阀瓣密封机构的重力，N(一般忽略不计)

FG2―大阀瓣密封机构的重力，N(一般忽略不计)

4.3在实际使用过程中，为了更好的减小介质作用力，保证阀门轻松开启，可在小阀瓣打开后先停顿一段时间，让更多的介质流过阀门，使得阀门两端的压力差尽量减小，以减小开启大阀瓣时介质对阀瓣的作用力，减小阀杆受力，更好的保护阀门，延长阀门的使用寿命。

5．阀门使用注意事项

5.1截止阀在使用时作启闭装置用，必须处于全开或全关的位置。

5.2截止阀必须按照阀体上的流通方向标识安装，不能反装。安装前应清洗阀门，检查密封面质量及活动部件的配合运转是否灵活。

5.3密封圈使用一次后如发现有表面刮伤、形状椭圆等缺陷，即需予以更换不得重复使用，避免阀门出现外漏现象。

5.4体腔在开始升压瞬间如发现中腔泄漏，可再拧紧压紧螺母直到密封，若仍未达到密封，可采用手轮提升阀杆，使填料室再次升高，压紧楔形密封圈，使其密封。当介质压力升高后压紧螺母自动松掉，此时再适当拧紧。

5.5四分环拆装时，应作标记，保证四块为同一厚度，安装时四分环两侧面平行的一块应最后装入，且两侧面平行的一块之一需位于阀体径向孔处，拆卸时位于径向孔处的两侧面平行的一块要最先拆出。

5.6安装位置要考虑手动操作及维修方便。

6．结语

双阀瓣截止阀充分利用小阀瓣先行开启进行泄压的方式，减小阀杆的受力，避免了截止阀因阀杆所受力矩较大而导致的阀门本体笨重以及选择大推力驱动装置而引起的成本提升，在可控范围内最大限度的优化了截止阀的优点，使得截止阀在大口径管道上的应用更为经济合理、安全可靠，同时减少截断阀门的损伤引起的资源消耗，达到了结构精简、降低成本、使用安全的目的，满足高温高压、大口径工况系统对截止阀的需求，具有广阔的市场应用前景。

7.参考文献

[1] 陆培文.实用阀门设计手册[M].北京.机械工业出版社，2007

[2] 杨源泉.阀门设计手册[M].北京.机械工业出版社，2000.

[3] (美)J.L.莱昂斯.阀门技术手册[M].北京.机械工业出版社，1991

ANSI/ASME B16.34-2004，法兰、螺纹和焊接连接的阀门[S].

8.作者简介

周青杨(1986- )，女，工程师。