手动平板闸阀传动装置防进水装置研制与应用

何剑　金垫庆　李忠良　杨雪梅　胡勇

摘 要：手动平板闸阀是现在采输气生产现场最常见的阀门之一，但是在使用过程中这种阀门执行机构长期暴露在露天，雨水会沿着传动装置轴承盒与阀杆螺母之间的间隙浸入轴承盒内，造成润滑油变质，使止推轴承锈蚀，从而导致阀门开关困难，特别是南方多雨湿润气候地区尤为严重。本文针对手动平板闸阀传动轴承容易进水造成安全隐患的情况，通过利用TRIZ理论开展的一系列原理分析，找到问题关键点，最终得出防止液态水进入手动平板闸阀传动轴承的有效方法。

关键词：手动平板闸阀;防进水装置

0 引言

手动平板闸阀（以上简称闸阀）是采气生产一线场站最为常见的一种阀门，在工艺流程中主要是切断气流的作用。目前在生产现场应用仍然较为普遍，特别是DN300以下的不需要自动控制的管路阀门。但是闸阀属于露天工作环境，下雨及高湿度的四川气候对阀门外观、机械传动部件有较大的腐蚀作用，并且传动装置不能实现密封的结构。一旦传动装置被雨水等长期浸泡、锈蚀，阀门就难以打开或关闭。最终可能形成安全风险，引发事故。

1 结构、原理及存在问题

1.1 结构、原理

闸阀原理：传动装置一般通过转动手轮，带动阀杆上下移动，将连接在阀杆上的闸板提升或下降，从而切断阀体管路通道，实现阀门打开和关闭。当反时针方向转动手轮时，用键与手轮固定在一起的阀杆螺母随之转动，从而带动阀杆与阀杆连在一起的闸板上升，阀体通道被打开，气体由阀体的一端流向另一端;相反，顺时针方向转动手轮时，阀杆和闸板下降，阀门将关闭。阀座采用O形密封圈和预紧力的浮动阀座结构，使阀门进出口双向实现完全密封。

1.2 存在问题

手动平板阀传动装置处于露天工作环境，轴承套与阀杆之间存在明显间隙，一般手轮最低部位（积水部位）恰好在轴承套间隙上方，为外来水流入轴承创造了条件。铜套与阀杆之间也存在螺纹间隙，外来水可以顺着螺纹下流进入轴承盒。轴承进水后存在问题：使轴承盒内的润滑油变质，润滑油被稀释排出，轴承锈蚀，严重时手轮卡死，阀门无法开、关。经过统计某气田5个场站的26个阀门运行2年时间，因进水锈蚀，就有4只阀门无法开关，3只阀门因有卡阻的严重现象。

1.3 目前处理方法

1.3.1 更换锈蚀的轴承

此方式最为常见，但是实际运用时，需要购买同型号规格的阀门配件，准备时间长，维护操作需停产配合，更换维修程序较为复杂，且成本高。

1.3.2 增加润滑油加注量

不断进行周期性对润滑油的加注，加入的润滑油被水稀释流出容易造成阀门脏污。对于没有润滑油加注孔的阀门，无法实施。增加了员工操作时间和工作量，且浪费润滑油。

1.3.3 阀杆加保护套

给阀门阀杆加装保护套，可以防止水从螺纹螺杆流入轴承盒，但是不能根本防止更多的水从轴承盒与铜套间隙进入，无法解决根本问题。

2 利用TRIZ理论对存在问题的解

2.1 问题的根本原因分析

通过对手动平板阀传动装置的功能性分析，我们认为传动机构与轴承盒间隙密封性能不足是进水的根本原因。应用因果链分析，阀门进水后对传动装置轴承的锈蚀是阀门存在问题的主因。因此问题的关键点是：由于密封不严，造成水进入轴承，使阀门润滑油的乳化、止推轴承内部锈蚀。因此需要完善执行机构防水密封性能，防止进水实现100%密封是我们的最终理想，但是100%密封也将造成阀门无法转动，因此理想解失去了意义。因此如何防止轴承进水是我们解决的主要问题。

2.2 利用TRIZ理论的技术及物理冲突解决方法对问题的解

TRIZ理论物理冲突描述为：为了“防止轴承进水”，需要对阀门“缩小运行间隙，紧固各运动部件”;为了“完善轴承防水性能”，但又为了“确保阀门操作灵活可靠”。考虑到该问题参数“防进水位置需要紧固、阀门操作需要灵活可靠”在不同的“空间”具有不同的特性，因此该冲突可以从“空间”上进行分离。

结合技术冲突与物理冲突的原理，我们得到以下问题解（表1）。

3 传动装置防进水装置的研制

3.1 处理轴承盒进水问题的理论依据

对TRIZ理论为我们提供的问题解逐步分析，我们放弃暂不可用的方法，利用以下可用方法进行问题处理：①在手轮下部间隙嵌套加入一个防水密封装置;②在阀门阀杆铜套嵌套增加一个密封垫片;③改善铜套、轴承盒的密封质量，增加密封垫子;④轴承盒开孔排除进水。

3.2 防进水装置的研制

针对问题解，我们集思广益，想到改变阀门手轮的结构造型方法：在阀门手轮加工过程中，延长手轮最底部轮廓边沿，向下部裙式扩散，将手轮下部形成一个防雨水罩，即防范了雨水进入又避免了手轮低凹处积水从间隙进入轴承盒，有效防止了轴承进水的问题（图1）。

4 应用效果

4.1 制作简单，操作安全性高

本裝置的出厂前就对手轮及防雨水罩进行完整的一次性加工，或者对原有阀门的手轮进行改装，在轴承下部钻小孔，即能达到防水和排水目的。改进后的阀门开、关操作与以前一致，操作安全性高。

4.2 应用推广情况

该研制方法，在原有阀门改进装置32套，已经应用在生产现场8口气井的阀门改造中，经过近2年的应用，没有出现阀门无法开、关的问题。

参考文献：

[1]陆培文.实用阀门手册[M].北京：机械工业出版社，2012.

[2]张汉林.阀门手册使用与维修[M].北京：化学工业出版社，2013.

作者简介：

何剑（1974- ），男，1992年参加工作，采气工，高级技师，中国石油西南油气田公司蜀南气矿，一直以来从事气田开采及维护工作。