解析單閥板多程液封閥門的工作原理及設計
介紹了新型單閥板多程液封閥門的結構特點, 該閥通過閥板與獨立液封腔的組合可以在閥板關閉后向獨立液封腔注液, 形成可靠的隔斷裝置, 從而避免盲板的抽堵作業(yè)。
1、概述
目前, 可靠隔斷氣體管道輸送的氣流通常采用在密封蝶閥或閘閥后用盲板、插板、眼睛閥和扇形閥之一組合成隔斷裝置, 或使用雙板切斷閥作為隔斷裝置。本文介紹一種新型單閥板多程液封閥門,以替代眼睛閥、扇形閥和雙板切斷閥。
2、分析
組合式隔斷裝置均在閥體法蘭或管道法蘭之間使用剛性堵板, 在插入或抽出剛性堵板時必須采用人工或機械方法松開- 夾緊密封副, 實現(xiàn)介質的隔斷。管道投用后, 密封蝶閥、閘閥或插板的閥座內可能有沉積物, 影響閥門關閉時閥板的密封副與閥座之間緊密貼合。因而, 在抽堵盲板作業(yè)或啟閉眼睛閥或扇形閥時, 會有危害氣體逸出, 造成作業(yè)強度大, 危險性高。另外, 組合式隔斷裝置的密封部位多, 機械結構復雜。
雙板切斷閥隔斷裝置在管道投用后閥座內可能有沉積物, 影響閥門關閉時閥板的密封副與閥座之間緊密貼合, 此時, 通過連續(xù)向由兩側閥板與閥體形成的腔體內注液, 來保證密封副處的液體靜壓大于氣體介質壓力, 從而確保氣體介質不泄漏到被隔斷的一側。雙板切斷閥制造難度大, 尤其兩塊閥板同心的裝配精度和密封面的研磨。閥門的兩塊閥板由聯(lián)桿傳動機構同步翻轉或升降, 單塊出現(xiàn)故障就影響閥門閥板開閉, 故障排除較難。
為了克服組合式和雙板切斷式隔斷裝置存在的缺點, 設計了新型單閥板多程液封閥門(簡稱液封閥,下同),該閥門已申請國家發(fā)明專利(申請?zhí)枮?009103037153) 。
3、工作原理
液封閥主要由閥體、閥板、閥座、閥板傳動機構、上隔板和上隔板傳動機構等(圖1)組成。獨立的液封腔設置在閥體內,由上隔板和閥體的下底板相互嵌套構成。上隔板為倒置的杯形, 整體可上下定向移動, 上隔板上設有環(huán)形多層隔板。閥體的下底板為杯形, 固定不動, 下底板上也設有環(huán)形多層隔板。
閥門關閉時, 首先關閉閥板, 然后上隔板由傳動機構帶動, 使上隔板的環(huán)形多層隔板由上向下運動插入下底板上的環(huán)形多層隔板之間, 上隔板的環(huán)形多層隔板與下底板上的環(huán)形多層隔板相互嵌套,形成多程液封內腔。打開閥體上放散口/液封高度觀察口后的放散閥向大氣放散, 可以通過觀察是否有氣體介質連續(xù)逸出, 判斷閥座與閥板的密封副是否緊密貼合。即使閥座與閥板的密封副未能緊密貼合, 隨后打開注液閥門向液封腔內注液, 液體沿內側環(huán)形隔板漸次向外側溢流, 直至液體從放散口/液封高度觀察口溢出后, 即可停止注液。液封腔內的液封高度保證了氣體介質不泄漏到被隔斷的一側。
打開閥門時, 首先打開閥體上排液口處的各排液閥門, 將液封內腔各程內的液體排凈后再依次關閉各排液閥門, 隨后關閉放散口/液封高度觀察口后的閥門。接著由傳動機構帶動上隔板移動至閥體上部, 使上隔板的環(huán)形多層隔板與下底板上的環(huán)形多層隔板形成的嵌套結構分離, 閥體即可變?yōu)轫槙车臍怏w流動通道, 最后打開閥板。
(a) 閥門開啟狀態(tài) (b) 閥門關閉狀態(tài)
1.閥板 2.閥體 3.上隔板傳動裝置 4.上隔板 5.閥板傳動機構 6.閥座
a-氣體入口 b-注液口 c-液位計口 d-氣體出口 e-放散口、液封高度觀察口 fn-排液口
圖1 單閥板多程液封閥
4、結構設計
依據(jù)不同的設計及安裝要求, 液封閥門有豎直型、水平型和水平- 豎直型3種結構(圖2) 。對應安裝于管道的豎直段、水平段和轉彎段。豎直型以氣體進口高度方向的軸線為準, 氣體出口高度方向的軸線可根據(jù)安裝實際需求調整, 即在實際應用時, 可節(jié)省管道上的1～2個彎管。水平型以氣體進口水平方向的軸線為準, 氣體出口水平方向的軸線可以在±90°范圍內任意布置。水平- 豎直型在水平方向的氣體進/出口水平軸線可以在±180°范圍內任意布置, 水平方向的氣體進/出口高度可根據(jù)安裝實際需求調整, 實際應用時, 也可節(jié)省管道上的1～2個彎管。
按氣體的流向設定, 液封腔布置在閥板后。閥體內任一處氣體流道截面積不小于管道截面積。由于液封腔是可上下分離的嵌套結構, 閥門關閉后液封腔內的氣體流動通道不是閥門開啟時正常的氣體流動通道, 使得閥體體積大為縮小。
液封腔的程數(shù)可為任意多程, 通常為2～6程。對應于上隔板和下底板上的環(huán)形多層隔板也為任意多層, 通常為2～6層隔板。液封腔內設計的有效液封高度必須符合對應不同的氣體介質的規(guī)范、規(guī)定的要求。以煤氣為例, 必須符合gb 6222 - 2005對有效液封高度的規(guī)定, 即有效液封高度為煤氣計算壓力至少加5 000pa。由于液封腔的多程設計,實際注液高度為
式中hi ———實際注液高度, mm
hs ———有效液封高度(即煤氣計算壓力至少加5 000pa /液封液密度) , mm
n———多程液封閥門的程數(shù)
s———上隔板與下底板嵌套時, 上隔板下緣與下底板之間的間隙, mm
(a) 豎直型 (b) 水平型 (c) 水平- 豎直型
圖2 不同類型的單閥板多程液封閥
多程液封使得實際注液高度大大降低, 在保證有效液封高度的前提下, 減少了閥門的操作質量。選用的液封液應是在常溫常壓下不揮發(fā)或低揮發(fā)的化學性質穩(wěn)定的液體, 不與被隔斷的氣體介質及液封腔母材發(fā)生反應, 并應具有較好的阻燃性。常見的液封液有水和氟油等。如選用密度更高的氟油,則可進一步減小閥門的體積。
液封閥的閥體壁厚不小于對應安裝管道的壁厚。閥體的材質與對應安裝管道的材質一致或優(yōu)于管道的材質。由于液封腔設計在閥體內, 維修或更換不方便, 因此, 構成液封腔內件的中央管、隔板等部件的材質均要優(yōu)于閥體的材質, 如采用304、316或316l等不銹鋼, 各部件厚度也要大于閥體壁厚。
5、結語
液封閥用于隔斷氣體管道輸送的氣流具有很多特點。
①采用獨立液封腔, 避免了使用過程中, 閥座內的沉積物妨礙閥板的密封副與閥座之間緊密貼合所帶來的氣體介質泄漏的影響。
②在液封腔內采用可上下分離的嵌套結構設計,形成多程液封, 在較小的空間內保證足夠的液封高度, 縮小了閥門體積, 降低閥門自身質量和操作質量。
③閥門適合安裝在管道的不同部位, 如水平段、豎直段或彎管處, 滿足不同的設計及安裝需求, 特別適合大口徑的氣體管道以及在狹小空間內布置應用。
④機械結構簡單, 制造成本降低。
⑤運行時故障率低, 檢修維護簡單方便。
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