超低扭矩立管三通球阀的研发

上海大众燃气有限公司 王海华 徐 宁

宁波忻杰燃气用具实业有限公司 忻明杰

超低扭矩立管三通球阀的研发

上海大众燃气有限公司 王海华 徐 宁

宁波忻杰燃气用具实业有限公司 忻明杰

文章介绍了超低扭矩立管三通球阀的产品研发过程。新产品经过多次安装试用，完全可以替代原有的立管三通，同时可通过阀内球体不同的旋转位置，实现不同的功能要求，不仅可快速有效地切断气源，同时提高了在燃气置换、测压等工作中的安全性。

立管三通球阀 超低扭矩 切断气源 燃气置换

目前上海市区基本实现了全天然气化，采用管道供应的方式供应天然气，快速便捷。市南地区共有燃气用户170余万户，十几万根燃气立管，随着燃气事业的不断发展，一些新的规范和要求也不断严格。作为全文强制执行的《城镇燃气技术规范》(GB 50494—2009)在第6.4.8节中提出“用户燃气立管……等部位应设置手动快速式切断阀”，据此，从 2010年开始，根据上海燃气集团要求，燃气集团下属各单位陆续对原有燃气立管展开了补装低扭矩立管阀门的工作。

1 产品研发背景

现有比较典型的立管形式(引入管出土后至管道进户之间的部分)，如图1所示：

图1 典型的立管形式

此部分管道目前承担的功能主要有以下三点：

(1)作为地下管网改造通气置换时的放散点；

(2)地下管网或地上部分管道的测压；

(3)吊袋水(目前天然气管网较少见)。

目前采用的立管阀门为直通式的低扭矩球阀，安装位置在管道引入管出土后的垂直或水平管道上(如图2和图3所示)，仅具有切断气源的单一功能。

图2 横向加装直通球阀的立管

图3 竖向加装直通球阀的立管

以上几种立管形式(包括已加装直通式立管阀门的)在作为地下管网置换放散点时，总会有空气(或少量空气)混入地上管道部分，为了安全，需在地上管道(或楼内用户家中)适当位置进行另外放散。而且，不论作为放散点或立管的测压点，在拆装三通丝堵的时候必然涉及到帯气操作，这也是目前立管形式(包括已加装直通式立管阀门的)不可避免的缺点。

2 产品设计目标

项目研制开发的三通球阀，采用超低扭矩锁定结构，方便开启或关闭。同时有明显的气源流通标记，阀门设置三个进出口，一方面取代原有立管三通，同时兼顾气源切断的功能，另一方面可通过阀内球体不同的旋转位置，实现不同的功能要求(见图4)。

图4 阀内球体不同的旋转位置实现不同的功能示意

此装置在发生燃气事故时能够快速、安全和有效的切断低压供应的入户燃气气源，确保现场的燃气安全，防止次生事故的发生；同时也可应用于其他须停气施工的燃气工程中，确保安全施工。

3 设计技术关键

3.1 三通球阀与燃气镀锌管道的适配性

从材质上，产品选用黄铜镀镍，然后表面进行防腐处理，与燃气镀锌管道采用管螺纹连接，这样不仅不易生锈，而且相对于老式三通零件密封性更好，抗压性也更强。

3.2 低扭矩的设计以提高操作的便捷性

共同研制开发立管三通球阀的宁波忻杰燃气用具实业有限公司拥有超低扭矩球阀的实用新型专利(专利号：ZL201120238842.2)，不同规格球阀的最大操作扭矩如表1所示。

表1 超低扭矩球阀的最大操作扭矩单位：N.m

3.3 三通球阀在不同位置的密封性。

该阀门为三通球阀，要求三个通路都能达到密封。但因为球体内通径采用了T型结构，密封面积减少，如何确保球阀在不同位置的密封性，是产品设计需要解决的技术关键。

4 产品的试制和改进

4.1 增加阀门启闭位置的标示

2015年7月15日研制的第一批装置样品进行了试验，第一批样品球阀榫头表面表示球心三通方向的标记“T”已做好，为了更能直观地与内部球体对应，建议改为如图所示标记，也就是榫头尖部对应着球心三通的方向(见图5)。4.2 确保良好密封效果

图5 球阀表面标记示意

因为球阀内部球心为三通，靠近三通出口的位置球面较小，要保证密封面的充分接触，实际使用时要求球心三通轴线与管道轴线完全重合，方能起到良好的密封效果。

虽然榫头表面已做好三通方向的标记，但实际操作时，完全靠目测较难掌握。为此提出图6的结构。

图6 榫头轴与轴套之间限位装置示意

能否在榫头轴与轴套之间做一简单的限位装置，每当球心转动 90°时，能够产生一定的阻力限位，让操作人员能够明显感知。

如果还不行，除了已在榫头表面已做好的三通方向标记(T型)外，在外围 90°位置也做好标记(见图7)，以便于操作时有个参考位置可以对准。

图7 榫头表面新增标记

5 定型产品性能检测和试用

5.1 性能检测

宁波市产品质量监督检验研究院2015年10月对该定型产品按《铁制和铜制螺纹连接阀门》(GB/T 8464—2008)和《手动球阀》(Q/NXJ 01—2013)要求检验，所检项目的检验结果符合要求(见表2)。

表2 检测项目及结果

5.2 产品试用

5.2.1 操作便捷施工安全

小虫问玉敏，如果不能索回钻戒，我们就得赔三十万么？玉敏点点头。小虫一拳砸在墙上，说我他娘的要有三十万，还在凌州打工吗，老子早他娘的回老家买房了。小虫暴躁了起来，说这日子没法过了，这不是要我们为这个钻戒打一辈子工么？

在立管上加装直通球阀后地上用气管施工时直接关闭球阀就能有效切断气源，可以保证地上用气管的施工安全。

立管直通球阀与三通球阀的安装见图8和图9。

图8 安装直通球阀的立管

图9 安装三通球阀的立管

立管三通球阀与直通球阀两者产品的重量相差不大(见表3)，安装时无需采取特殊措施。

表3 重量对比

5.2.2 有效实现设计功能

2015年11月在宛平路地下支管的改造工程中对改进后的产品进行安装使用，产品实现了设计时考虑的功能需求：

(1)正常供气时不带气拆开上部管堵，进行供气压力测试，如图10。

图10 正常供气的压力测试

图11 隔断气源并进行放散

(3)地上管改造完成后对其进行气密性试验，如图12。

图12 地上管改造完成后的气密性试验

5.2.3 专用阀柄的改进

启闭阀门的专用阀柄(扳手)设计时已考虑到与其他直通球阀的通用性，同时，考虑到操作时的轻便性，要求阀柄与阀门榫头匹配的孔洞前后通透，见图13左一。

图13 专用阀柄

在整个安装过程中，现场有些特殊场合会造成现有的专用阀柄无法自如地启闭阀门，如图 14所示，此时，阀门与墙体成 45°夹角，这样导致阀柄无法实现 270°转动，也就意味着无法自如启闭阀门，这点从俯视图(图15)上一目了然。如果采用图13右一的阀柄，则可以较好地解决此类问题。

图14 特殊的现场立管

图15 特殊现场的俯视

6 结语

燃气引入管上设置阀门对于新装用户比较容易解决，只要设计之初加上阀门便可实施，而对于大量的老用户在已有管道位置、尺寸不变的条件下立管上的三通改变为立管三通球阀，在技术上是可行的，原三通上的丝堵是为了清扫管道用，特别是人工煤气中冬天有时会因白片堵塞燃气管道，当初考虑目前燃气已变成清洁的天然气，燃气管道堵塞的可能性很小很小，多年的实际情况也说明了这一点；在施工时要应尽量在停气状态下施工，如无法停气时，应制定带气操作的施工方案以确保施工人员和施工现场的安全。

采用立管三通球阀，不仅能够满足《城镇燃气技术规范》(GB 50494—2009)的要求，同时也大大提高燃气了在燃气置换、测压等工作中的安全性，尤其是在地下管道改造时有效避免了空气进入用气管，大大降低了因为放散对居民用户和周围环境造成的影响，同时也保障了燃气工程从业人员的安全性。

Research and Development of Tee Valve with Low Torque Shanghai Dazhong Gas Co., Ltd. Wang Haihua Xu Ning

Ningbo Xinjie Gas Appliance Industry Co., Ltd. Xin Mingjie

This paper presents the research process of the tee ball valve with low torque. This new product has been installed on the riser as an experiment.Results show that it can completely take the place of the previous riser tee. Through the different places of the ball in the valve, it can not only cut down the gas resource effectively, but also improve the safety of gas replacement and pressure measurement work.

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