平底放料阀结构的优化改进研究

陈龙龙 田俊 刘耀武

摘要：本文介绍了平底放料阀的结构特征及工作原理，主要研究探讨了优化后的平底放料阀的结构设计，对阀门企业平底放料阀的结构改进与可靠应用提供了一定的理论与实践借鉴。

Abstract： This paper introduces the structural characteristics and working principle of the flat-bottom discharge valve. The main design of the structure of the optimized flat-bottom discharge valve is discussed， which provides some theoretical and practical references for the structural improvement and reliable application of flat-bottom discharge valves in valve enterprises.

关键词：平底放料阀;优化改进;结构设计

Key words： flat bottom discharge valve;optimization and improvement;structural design

中图分类号：TH137.52                                   文獻标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）36-0177-02

0  引言

近年来我国氧化铝行业发展迅猛，进一步加剧了我国铝土矿资源存贫化、品味下降、对外依存度高的发展现状，目前我国的氧化铝生产企业主要集中在山东、山西、河南、广西、贵州等省份，如何提高氧化铝行业的产出比，延伸氧化铝产品的产业链，进一步缩小氧化铝产品的同质化，对我国氧化铝的良性发展意义重大。本文研究的平底放料阀，作为主要适用于氧化铝矿砂放料装置，属于管路上控制氧化铝介质的主控阀，是氧化铝生产过程中的一个重要设备，由于氧化铝介质高温高硬度的特点，该阀门一般情况下，使用寿命不超过4个周期（一个周期大概45天左右），要求阀门有耐磨、耐压、耐冲刷等特点，不允许阀门外漏，平底放料阀，特别是小口径平底放料阀，因其阀门本身结构紧凑、流道限制等，如何优化其结构，减少其泄漏点，对延长阀门的使用寿命有极大的促进意义。

1  平底放料阀的特征与种类

常见的平底放料阀阀体结构设计有Y型（直流式）和角式两种结构，Y型（直流式）平底放料阀阀瓣启闭轴线与阀体流道出口端轴线成一夹角，通常为45°～60°，角式平底放料阀体为90度角。按照阀瓣的启闭方式，又可分为内开式平底放料阀和外开式平底放料阀，内开式为阀瓣往上升才能出料，外开式为阀瓣下降才能出料。按照驱动方式可以分为手动、伞齿轮、电动、气动、液动等几类种类，目前，随着智能化、信息化的进一步发展，带有远程控制系统的执行机构也逐渐被企业所采用。

2  平底放料阀的主要功能

平底放料阀主要由阀体、阀瓣、阀座、对开圆环、耐冲刷护套、密封圈、阀杆、支架、阀压盖、法兰、螺母、定位螺钉、填料、防块块及执行机构等组成，平底放料阀一般情况下安装在容器、反应釜、储罐的底部作为取样、排料、放料及无死区关断使用，同时达到消除容器底端的残留物的作用。

平底放料阀开关由手轮或伞齿轮（电动执行机构）带动阀杆螺母转动;阀杆螺母带动阀杆上下运动（阀杆通过梯形螺纹与阀杆螺母连接），上下运动时有防转、导向装置，阀杆不会出现旋转;阀瓣在支架导向筋的作用下随阀杆作上下启闭运动，阀瓣上部通过活动半圆槽与阀杆头部连接，并在阀瓣与阀体筒体间的限位作用下随阀杆作上下启闭运动，向反应釜或储罐内伸，实现阀门的开关操作。底部法兰可拆卸，焊接到反应釜或储罐底部（注意：阀门必需是关闭状态拆卸法兰）。一般情况下对于小口径平底放料阀采用旋转升降杆，大口径采用升降杆式。

3  平底放料阀的优化结构设计

3.1 耐冲刷衬套（护套）结构设计

阀体内腔在介质冲刷最集中的部位设计有耐冲刷、耐腐蚀的衬套（护套）结构设计，在开启阀门瞬间，可以保护阀体不被介质冲刷，腐蚀，并对衬套进行特殊处理，使表面硬度达到HRC56-62，具有高耐磨、耐腐蚀的功能，在衬套衬套可以拆卸，并更换，这样很大程度上延长了阀门的使用寿命。

3.2 阀瓣密封副结构设计（见图1 ）

阀瓣与阀座密封面处除采用堆焊高硬度的硬质合金材料外，可采用喷焊碳化钨（WC）硬质合金，硬度可达到HRC58-68，这样使阀瓣密封面硬度进一步提高，密封面选用新型的球面线密封组合结构，提高了密封面耐冲刷性能，保证密封的可靠性，以及阀的使用寿命。

同时阀瓣密封面处采用导向切口机构，并且对下密封表面进行硬化处理。当关闭阀门时，通过阀瓣处的导向切口，能够切碎粘附在阀瓣表面上的结垢，使阀瓣上下密封面都能很好的与阀座密封面接触，起到双重密封的效果，进而提高了阀门的工作性能。

3.3 阀杆抗摩伤结构设计

阀杆采用锻造结构设计有上密封轴肩，同时保证阀杆下端在阀门内部部分的受力面积大于梯形螺纹的受力面积，即保证阀杆受力破坏发生在阀盖的外部。为提高阀杆表面硬度和耐磨性，该阀杆表面可根据用户需求进行辉光离子氮化处理，可使阀杆表面硬度达到HV1100以上，有效的提高阀杆抗擦伤能力与耐腐蚀性能。

3.4 阀杆防转、导向结构设计

对于升降式结构，阀杆设有防转、导向装置（设置在体腔外部），不与介质接触，保证阀杆在开启和关闭时只做直线运动，不做回转运动;同时也避免了导向部位卡死现象。

3.5 阀杆螺母结构设计（见图2）

上裝式阀杆螺母，阀门开启时，即使拆去手轮，阀瓣也不会因重力下落;大口径阀门在阀杆螺母上配有推力轴承以减小阀门开关力矩，启闭灵活、轻便，同时设计有注脂结构，可以通过油杯给轴承处注入密封脂，进一步减小了启闭力矩。

3.6 填料函结构设计（见图3）

在阀杆密封处采用了柔性石墨和编织石墨材质的组合（即一层柔性石墨一层编织石墨填料）。在柔性石墨环的上下是编织柔性石墨，编织石墨能起到增加填料弹性，防止柔性石墨环被挤出的作用，可以更好地起到密封防漏的作用。低压阀门填料不少于5圈，中高压阀门填料不少于6圈。对于300磅～2500磅级，填料中间带有填料隔环。

在下填料压盖下部，设计了锥形刀口，刀口部分经过特殊处理，可在阀杆的上升过程中将阀杆上的结垢刮除，在下填料函中装有陶瓷纤维除污圈，可有效的阻止颗粒进入上填料，并且去除阀杆外表面的附着物，保护上填料不被破坏。

3.7 上密封结构设计

对于内开式平底放料阀结构，设计有上密封结构，当阀全开时可以保护填料，阻止介质从填料函处渗漏。紧急情况下，也可以在在线更换填料。

3.8 三维辅助结构设计

通过三维辅助设计及力学性能分析可以进一步优化某些结构，特别是对于一些小口径平底放料阀利用三维仿真分析，可以使得设计更为直观，例如对于小口径平底放料阀，由于其结构紧凑及流道直径的限制，对其底法兰与阀体之间的连接结构设计就提出了更高的要求，设计者在设计时，不能直观判定如果采取改进后结构阀体底法兰处能否有足够的竖直距离在放入螺栓后仍有能放入螺母的距离，该距离通过计算也由于阀体的形状不规则性，不容易计算。但是，通过三维仿真分析，我们可以直观判定改进后结构是否可行，有效避免了改进前结构的泄漏点。笔者在实际工作中就利用三维仿真软件解决了一个类似设计难点问题，一是通过仿真分析，直观测量距离，二是通过微调了底法兰与阀体连接螺栓孔的角度，成功克服了泄漏点问题。

4  结论

本文对平底放料阀的功能进行了介绍，并对其结构进行了进一步的优化设计与改进，通过八个方面的结构优化改进，使得阀门操作方便，开启自由，运动灵活可靠，阀瓣装配维修简单，密封结构合理，密封圈更换方便，进一步提高了平底放料阀的整体性能，有利于提高阀门的密封，耐冲刷、耐压性能，其使用周期可延长至4-8个周期。

参考文献：

[1]王彦枝，李广军，党娜.煤浆放料阀在煤化工水煤浆系统上的应用与分析[J].通用机械，2015（04）：28-29.

[2]吴红涛，马新伟.碱化工放料阀的特点与优势[J].纯碱工业，2013（02）：44-45.

[3]陈中.放料阀阀杆的失效分析与改进[J].工程设计与建设，2003（02）：16-21.