石油和天然气管线用固定球球阀阀座的结构特点

剖析了石油和天然气管道用固定球止回阀联轴器的结构特征和功耗，介绍了一种大口径单向密封固定球阀门的喷嘴优化设计。

1、概述

在长输管道输送系统中，对管道阀门的功耗等要求相当严苛，如要求具备防火、防静电、防爆和0泄露等。为了确保阀门垫圈密封达到0泄露，按照API6D标准喷嘴结构的原理，对管件设计了多种复合型壳体结构，本文介绍一种新型大口径固定球止回阀单向密封联轴器的结构。

2、阀座结构

按照API6D标准提出的双阻塞与泄压(DBB)和双隔离与泄压(DIB-1和DIB-2)的壳体结构原理，纵梁结构有单活塞效应、双活塞效应和组合型3种。

(1)双阻塞与泄压制件

双阻塞与泄压制件(DBB)即单活塞效应联轴器是自泄压制件结构，介质进口端和出口端联轴器结构一致，它是阀前缸盖密封原理，介质可以单向流动。DBB喷嘴有双密封喷嘴(图1)和单密封喷嘴(图2)两种结构。双密封喷嘴是由两个才能单独实现喷嘴密封的非金属材料组合而成，在介质压力作用下，高级喷嘴支撑座上形成的△A1环型面积差的压力加上弹簧力，确保高级喷嘴和立方体产生密封副。当时级喷嘴密封失效后，介质通过高级喷嘴抵达次级喷嘴，在次级喷嘴支撑座上形成的△A1'环型面积差的压力加上弹簧力，确保次级喷嘴和立方体产生密封副。这些喷嘴结构就能在阀腔内的介质压力达到公称压力的1.33倍时，推开介质出口端次级喷嘴支撑座，使介质压力抵达高级喷嘴，介质再推开介质出口端高级喷嘴支撑座，使球阀的介质压力泄放入出口端，保障了蝶阀胰脏内压力不缺相。

1.高级喷嘴支撑座2.高级喷嘴(锦纶)3.次级喷嘴(氟橡胶)4.次级喷嘴支撑座5.立方体

图1双密封的双阻塞与泄压制件(DBB)

(2)双隔离与泄压制件

双隔离与泄压制件(DIB-1)即双活塞效应喷嘴，介质进口端和出口端联轴器结构一致，其阀前锥面和阀后壳体都还能实现密封，介质可以单向流动。DIB-1喷嘴有双密封喷嘴(图3)和单密封喷嘴(图4)两种结构。双密封垫圈由两个才能单独实现喷嘴密封的非金属材料组合而成。在介质进口端，高级喷嘴支撑座上形成的△A1环型面积差的压力加上弹簧力，确保高级喷嘴和立方体产生密封副。当时级喷嘴密封失效后，介质通过高级喷嘴抵达次级喷嘴，在次级喷嘴支撑座上形成的△A1'环型面积差的压力加上弹簧力，确保次级喷嘴和立方体产生密封副。

当进口端双重喷嘴密封全部失效后，介质踏入阀腔，抵达出口端联轴器，在次级喷嘴支撑座上形成的△A2环型面积差的压力加上弹簧力，确保次级喷嘴和立方体产生密封副。当次级喷嘴密封失效，介质压力抵达出口端高级喷嘴，介质推开高级喷嘴支撑座，介质踏入出口端，不能产生密封副。所以，双密封喷嘴在出口端仅为一重喷嘴密封，是三重喷嘴密封。因为双活塞效应喷嘴在阀腔异常降压时，进出口两端次级喷嘴都还能与立方体产生密封副，因此胰脏内超标的介质压力不能泄放，不具有阀腔自泄压功能。因而，球阀还要在壳体上安装手动泄压阀，在阀腔压力达到公称压力的1.33倍时，可通过手动泄压阀释放阀腔内过低压力。

图2单密封的的双阻塞与泄压制件(DBB)

(3)组合的双隔离与泄压制件

组合的双隔离与泄压制件(DIB-2)是结合双阻塞与泄压和双隔离与泄压结构的特点球阀，介质进口端使用DBB喷嘴，介质出口端选用DIB-1喷嘴。组合的双隔离与泄压制件为介质双向流动，进出口两端单向密封。DIB-2结构是三重喷嘴密封。当胰脏压力达到公称压力的1.33倍时，胰脏内介质推开进口端次级喷嘴支撑座和高级喷嘴支撑座脱离立方体，阀腔内的压力向介质进口端手动泄放，确保球阀安全。

3、分析

(1)DBB喷嘴的主要特点是自泄压，介质未排放在球阀外，不会降低石油和天然气等可燃易爆介质泄露引起的害处。虽然，单密封喷嘴仅为进口端一重密封，双密封喷嘴也只是为进口端二重密封。其实喷嘴密封可以达到0泄露，但很难满足长输管线严苛载荷的要求。

(2)DIB-1喷嘴密封寿命长，基本满足长输管线的严酷载荷。但DIB-1喷嘴的阀腔不具有自泄压功能，还要在壳体上安装自泄压安全阀，提高了蝶阀的泄露点。假如泄压安全阀失效，阀腔异常降压带给的危险难以预估。通常来说，在石油和天然气长输管线上使用较少。

图3双密封的双隔离与泄压制件(DIB-1)

图4单密封的双隔离与泄压制件(DIB-1)

(3)DIB-2喷嘴综合了DBB和DIB-1结构的特点，是石油和天然气长输管线系统中球阀，优先选择的喷嘴密封结构。DIB-2喷嘴结构比较复杂，零件较差，导致零件规格精度较难控制，零件的硬度和挠度较多，高级和次级联轴器之宽度离较大，要保证两个汽缸和立方体都达到密封，要减小圆球的半径，进而提高管件的操作转速和原材料费用。故真空技术网()觉得DIB-2喷嘴应用不广泛。

4、优化设计

经过对DBB、DIB-1和DIB-2喷嘴结构的剖析和研究，对大口径管道固定球止回阀的喷嘴结构进行了优化设计。新汽缸为单向双重密封，介质双向流动，进出口端双重密封(四重密封)，高级喷嘴和次级喷嘴共用一个汽缸支撑座，两个汽缸相邻，结构简略，密封靠谱，零件受力良好，确保汽缸0泄露，降低了喷嘴密封寿命(图5)。

图5优化喷嘴(DIB-2)

5、结语

垫圈密封尺寸对密封副的结构挠度和密封功耗均有巨大的影响。随着密封尺寸的减小，密封副所受的挠度和应变均减小，密封面所受的等效挠度和接触挠度也减小，使密封功耗增加，但逐渐也引起了密封面上磨擦蠕变的减小，使密封圈的使用寿命减短，所以，还应采取举措降低磨擦蠕变，延长密封圈的使用寿命。

阀门厂家专业针对各类减压阀、球阀、防腐阀门

当前文章标签：阀座,密封,介质,初级,次级