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單座調節閥軟密封結構設計分析

1　介紹
微調閥（也稱為控制閥control valve）是過程控制回路的終端控制元件，但也是系統過程控制回路中較為薄弱的一個環節。微調閥按微調型式可以分為微調型、微調切斷型和切斷型3類，其中微調切斷型和切斷型的微調閥，泄漏量必須達到ASME B16. 104VI級（即氣泡級）的要求。微調切斷型微調閥通常采用軟密閉結構才能做到VI級泄漏量的要求。本文針對直行程微調閥中用量*多，多數廠家都在生產的單座微調閥的軟密閉結構方案的技術細節進行分析探討。
2　結構分析
2.1　傳統的單座微調閥軟密閉結構方案
20世紀80年代開始，隨著我國改革開放政策的貫徹和落實，一些微調閥制造廠引進了國外有名微調閥廠商的技術和產品，使我國微調閥產品的品種和質量得到明顯提高。微調閥的軟密閉環通過閥瓣頭和螺釘鑲嵌到閥瓣柄中，閥座通過螺紋連接擰緊在閥體上。

1 閥體　2 閥座　3 閥瓣頭　4 軟密閉環 5 螺釘　6 閥瓣柄
圖1　傳統單座微調閥軟密閉結構
當閘閥處于關閉狀態時，閥座的凸起表面嵌入到軟密閉環中（軟密閉環通常由聚四氟乙烯等彈性材料制成），該處的彈性材料變形包圍住閥座凸起表面，由此確保可靠的密閉效果，同時閥桿也不至于受到過大的推力。由此可見，閘閥在關閉時僅僅用適當的力就可以確保密閉，而彈性材料本身也能夠持久地支承住這個關閉力。這一點對于開啟長期處于關閉的閘閥特別有意義。由于彈性材料表面不是發生長久性變形，所以能保證閥座和閥瓣多次重復啟閉時的密閉性。此外又因為嵌入彈性材料的閥瓣能夠修正密閉副在同心度方面的較小偏差，所以對于閥瓣和閥座的制造位置精度要求可以較低。

但是，這種形式的軟密閉結構也有一些弊端。首先是難于限定關閉力的大小，即使當閥瓣軟密閉環接觸到閥座時，關閉動作也不能及時停止，因而使彈性材料容易出現長久性變形，尤其是當閘閥長期處于關閉時，閥瓣軟密閉環長期受到過載壓力而使其出現長久變形，開啟后再關閉時就容易失效。其次，在閘閥開啟過程中，由于閥瓣的節流作用，使得閘閥在剛一打開的短時間內出現介質的高速流動，此時軟密閉環要承受很大的壓力降，這將對軟密閉環表面產生沖蝕，造成其表面的迅速破壞。因此，該軟密閉結構通常被限制在壓力降小于3MPa的場合下使用。
另外該結構在裝配、拆卸和維修方面也有極大的缺陷。首先軟密閉環是通過閥瓣頭和螺釘擰緊嵌入到閥瓣柄中，為了保證螺釘不松脫，在裝配時通常要在螺釘上涂上合適的固化膠或者采用沖鉚、點焊的方法固定螺釘，這就給再次拆卸更換軟密閉環時帶來極大的不便。其次是閥座采用螺紋連接，需要專用工裝才能夠裝配和拆卸，對于現場維修極為不便。
2.2　改進型軟密閉結構方案
隨著工業技術的發展，用戶希望獲得更高質量的閘閥，同時也要求提高閘閥的使用、維修水平。這就對工程技術人員提出了新的要求，除了要精心方案出高質量和高水平的閘閥，合理選用和正確操作之外，還要方便維修人員的維修和拆卸，方便快捷，使各類事故及維修時間降到*低限度。于是，對于單座微調閥來說，就出現了圖2所示的改進型軟密閉結構方案。在這種結構方案中，用金屬擋環和軟密閉環代替了傳統結構中用螺釘固定嵌入式軟密閉環的方案，用壓套和閥座密閉墊直壓式結構方案代替了傳統結構中閥座采用螺紋連接的方案。這樣的方案優點是當閥瓣和閥座達到*后關閉位置時，閥瓣給閥座的部分力由金屬擋環承擔，并直接傳到閥座，這樣就排除了軟密閉環因過載而損壞，而且金屬擋環還提供了一定的輔助密閉作用。直壓式結構方案也改變了需要專用工裝才能拆卸的螺紋連接閥座方案，裝配與拆卸、現場維修與更換都十分方便。
改進型軟密閉結構方案也存在一定的缺點。首先，軟密閉環一旦失效，金屬擋環也只能起到暫時的密閉，必須要盡快更換。另外，如果介質中帶有固體顆粒時，極容易卡在閥瓣和閥座中間，妨礙了閥座的密閉，會引起泄漏，繼而由于介質的高速沖刷而使閥座表面被沖蝕破壞。
2.3　新型軟密閉結構方案
為了彌補上述結構的不足，出現了如圖3所示的新型單座微調閥軟密閉結構方案。
新型結構中，密閉副采用金屬密閉和聚四氟乙烯彈性密閉雙密閉方案。金屬密閉閥座可起支撐作用，防止軟密閉環因壓力過大而被壓碎。軟密閉環由彈性O形圈支撐并受到金屬壓圈的保護，附加的金屬壓圈免除了軟密閉元件過載的危險，這樣就是經過50萬次的開關后還能做到氣泡級（VI級）密閉，點滴不漏。

圖4為閘閥全關狀態，金屬密閉與彈性密閉同時作用，密閉嚴密、可靠。
圖5為閘閥全開狀態，彈性軟密閉環恢復彈性。
在閘閥剛剛打開的瞬間，在密閉件外緣處由于介質產生較急的湍流，會造成密閉件的振動，使密閉材料出現疲勞破壞。新型結構中由于金屬閥座環凸緣的保護，軟密閉環不會受流體的沖刷，不易損壞。
對于夾帶固體顆粒的流體介質，軟閥座閘閥的密閉結構更為重要。這主要是因為介質中夾帶有固體顆粒時，極容易卡在閥瓣和閥座的密閉面之間，妨礙了閥座的密閉，會引起泄漏，繼而由于介質的高速沖刷而使閥座表面被沖蝕破壞。對于上述具有二級關閉作用的軟閥座密閉結構（圖6），即使出現了這種顆粒卡在閥瓣和閥座金屬密閉部位之間，也不會有什么危害，因為還有閥瓣和軟閥座之間的密閉，仍能起到可靠有效的補充密閉作用。
3　結語
隨著閘閥產品苛刻的使用條件不斷增強，對閘閥結構方案的要求也不斷提高，同時也促進了工程材料的發展。由于對閘閥各種特殊需求，要求生產廠家不斷地研制出新型的密閉部件，以滿足現代工業發展的需要。新型單座微調閥軟密閉結構方案可以成功地應用在口徑為25㎜以上的閘閥，壓力降可以達到30MPa，具有防火**，密閉可靠，裝配、拆卸和維修方便等特點，值得廣泛推廣和應用。

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