翻板式安全切断阀的设计

侯润海

摘要：本文介绍了一种适用于长管道气体输送门站，调压撬装置配套的翻板式安全切断阀。该阀结构新颖、直通型的阀体结构流通能力强，压损小，噪音低、阀门采用翻板式快速切断结构，阀瓣的密封比压大，密封效果好，切断精度高。阀门关断和开启装置设计于阀外，便于操作，安全系数高。

Abstract： This article introduces a kind of safety shut-off valve with turning plate which is suitable for gas conveying gate station of long pipeline and matching pressure regulating and prying device. The structure of the valve is novel， straight through valve body structure with strong flow capacity， small pressure loss， low noise， the valve adopts the turning plate type quick cut off structure， seal strength， reliable sealing， high precision cutting. The cut-off and opening devices are designed outside the valve for easy operation and high safety factor.

关键词：翻板式;切断阀;扭簧;关断;开启

Key words： turning plate;shut-off valve;torsional spring;shut-off;opening

中圖分类号：U641.3+3                                文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）19-0161-02

1  概述

该阀主要用于天然气调压站，通常与监控调压阀和工作调压阀配套撬装后使用，在调压撬中起着非常主要的作用，从而命名为安全切断阀。翻板式安全切断阀主要由以下零件及部件组成：阀体、阀板部件、传动轴部件、阀门盖板、杠杆释放部件、外置执行器部件等（主体结构见图1）。翻板式安全切断阀主要是在工作调压阀和监控调压阀控制失效后，起紧急切断作用。为了使得阀门在运行过程中安全性能更高，阀门关断和开启装置设计与阀门外部。阀门的关断装置是外置执行器部件的主要控制部件，关断装置上设计有四个控制接口，四个控制接口处安装四个机械执行器，四个执行器的作用分别是：自力式气动执行器、远程电磁阀控制执行器、手动紧急关断执行器及自动复位执行器。正常工作时安全切断阀处于全开阀位，当下游输送的天然气压力超过管道输送压力或低于管道输送压力时，管道引压系统将压力信号传递给控制指挥器，指挥器将信号传递给自力式气动执行器推动机轮工作，使得杠杆释放装置自动释放，阀板部件脱开杠杆释放装置来关断阀门，并且轴上扭簧力也开始释放，并对阀门的严密关断起重要的作用。远程电磁控制器也能通过电磁控制来完成阀门的紧急关断。当电气控制失效是，也可通过手动紧急关断器来完成阀门的就地关断。阀门需要复位时（及阀门开启），需开启外置手动高压球阀将阀腔前后压力导通，排空阀腔内气压后，方可通过外置手轮安全开启阀门。

2  设计过程

2.1 设计依据的标准

翻板式安全切断阀主要有阀体本体和执行机构两部分组成。安全切断阀在设计、制造、材料、测试、检验等方面需依据以下标准及要求进行。

阀门整机设计依据：EN 14382 气体调压站和设施用安全装置-入口压力达100bar的气体安全切断设施的要求。

阀门压力试验及泄漏依据：ISO 5208 工业用阀门金属阀门的压力试验，阀座的泄漏应能够达到ISO 5208 A级要求。

阀门内件不锈钢件依据：ASTM A276/A276M不锈钢棒材和型材标准规范。

阀门法兰设计依据：ASME B16.10阀门的端面至端面和尾端至尾端间距。

弹性密封件材料应符合：BS EN13787 标准。

2.2 阀门结构的确定

结合客户现场需求及安全切断阀在调压撬中的使用功能。安全切断阀采用以下结构：阀门关断采用自力式直通翻板结构，采用扭曲弹簧提供协助关断力来满足阀门在紧急情况下具有严密可靠的切断功能，开启机构采用轴端齿轮减速机构与复位手轮可靠连接来完成阀门安全开启，阀门正常开启运行过程中采用可靠的锁紧机构即用阀体焊接内嵌挂杆来挂稳阀板部件，满足阀板部件在阀门工作过程中安全开启，阀板与缓臂采用浮动式连接形式，有效的减轻了阀板在关断时产生的振动对阀板产生的损伤。为了使得阀门在运行过程中安全可靠，阀门执行器置于阀门外部。

3  主要零件及结构的设计及计算

3.1 阀体的设计

3.1.1 阀体结构及成型方式的确定

为了满足管道流量的要求，减少阀腔的压损，阀腔设计为直通式阀腔结构。设计中主要考虑到压力、温度、流量、流体等参数因素对阀体的影响，结合阀体外形结构特点，阀体采用一体铸造成型。

3.1.2 阀体壁厚的确定依据

③查阀体最小壁厚标准（GB26640-2011），可以确定阀门口径与压力所对应的阀体壁厚值。通过以上三种确定阀体壁厚值的方法，为了确保安全可靠，选用较大的壁厚值来作为阀体的壁厚。

3.1.3 阀体内腔利用ANSYS进行分析校验

ANSYS Workbench环境下设置分析条件：1）定义材料属性：阀体材料为A352-LCC，其屈服强度为275MPa，抗拉强度为485～655MPa;2）划分网格;3）施加约束：在阀体的两端法兰面施加全约束;4）施加压力：根据阀腔内的工作情况，在阀体内腔施加不同的压力;5）计算：通过分析结果的应力云图可以看出阀体所受的最大屈服应力为148.26MPa，发生在阀座安装的尖角处，但是最大应力远远小于阀体材料的最小屈服应力275MPa，最大变形为0.0798mm，即阀腔设计满足设计要求。（图2）

3.2 阀门盖板壁厚

阀门盖板壁厚通常采用与阀体壁厚一致的壁厚。

3.3 阀板厚度

3.4 閥门盖板与阀体之间连接螺栓强度的校核

3.5 阀板连接型式介绍

为了使阀板密封性能可靠稳定，阀板与缓臂通过连接轴连接起来，其中采用背压式碟簧和浮动式轴头来减少阀板与阀体密封面关闭时产生的震动及阀板回弹问题，使得阀门密封更可靠稳定。

4  结束语

翻板式安全切断阀在天然气调压撬中起着极其重要的作用，因此在阀门设计过程中，要全方位考虑到各种影响因素：阀门整机结构完善性、阀板紧急关断时外置执行器的灵敏性、翻板开启时挂杆挂住的安全性、扭簧力的永久性和可靠性、阀板与阀体间密封的可靠性、阀内密封件密封性能的稳定性、阀体及内件材料的抗硫化物应力腐蚀断裂和应力腐蚀裂纹的要求、手动开启时手轮转动的灵活性工作来满足现场轻松开启阀门等。只有全方位的考虑阀门在运行中的影响因素，才能使产品使用性能稳定，质量可靠。

参考文献：

[1]陆培文.实用阀门设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002，9.

[2]谢龙汉，赵新宇，张炯明.ANSYS CFX 流体分析及仿真[M].电子工业出版社，2012：4-35.

[3]孙克勤.调节阀选型计算应用技术[M].南京航空学院出版社，1993：43-45.

[4]EN 14382气体调压站和设施用安全装置-入口压力达100bar的气体安全切断设施的要求.