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关于偏心旋塞调节阀在轧钢除鳞系统中的应用

1 引言

在钢铁行业中在热轧钢板时,钢坯在加热炉中加热会生成很厚的炉生氧化皮,在轧制过程中也不断生成二次氧化皮,均需清除干净,以保证轧板表面质量,高压水除鳞系统是现代热轧板技术必备的清理系统。它将高压水经喷嘴喷到轧制过程的钢板上,从而将氧化皮冲掉。轧制一块钢板平均3min,而冲水时间却只有十几秒,要求管道系统供水迅速,断流时不得有水泄漏,且宜通过钢板检测系统实现定时控制。这种控制方式要求管道调节阀开启和关闭迅速,平稳无冲击,控制可靠。

宝钢的某条轧钢生产线上,高压水除鳞系统的供水阀门动作非常频繁,每天启闭200~500次,甚至可达1000~2000次。该系统原设计的国外某品牌阀门,在使用一个月左右就出现内漏和外漏问题,轧钢生产效率严重降低,维修更换成本急剧升高。选择哪种类型的阀门来满足该种工况,保证阀门使用寿命不少于三个月,一直是困扰该条轧钢生产线的难题。经与上海某专业阀门公司合作,积极引进和吸收国外先进技术,设计开发出了一种新型阀门———弹性座封偏心旋塞阀,为宝钢轧钢生产线解决了此技术难题。

2 结构型式

弹性座封偏心旋塞阀,是一种新型结构的旋塞阀,最早应用于美国污水处理系统中,结构如图1所示。

1-阀体;2-旋塞;3-O型密封圈;4-阀座;5-O型密封圈;6-阀盖;
7-联接螺栓;8-轴套;9-填料;10-填料压盖;11-支架;12-气动装置

图1弹性座封偏心旋塞阀

由于其具有优异的密封性能、动作性能、耐蚀性能和较长的使用寿命,克服了传统柱塞阀、球阀蝶阀各自的缺点,适用于清水、污水、泥浆等多种介质,已经在钢铁、化工、食品、供水等行业的流体输送系统中得到广泛应用。

3工作原理

弹性座封偏心旋塞阀的关闭和开启,是通过旋塞和阀体的偏心运动来实现的。旋塞相对阀体有一个偏心距,阀体上的阀座相对旋塞体的回转中心也有一个偏心距。当旋塞体旋转90°从全开到全闭位置时,旋塞体的密封面就和阀座贴合,从而达到关闭密封目的。

当阀门处于打开位置时,整个旋塞体离开通道流体全流量通过,这时通流能力最大,流阻最小。如图2a所示。当阀门处于调节位置时,旋塞的一部分挡住了通道,流域面积改变,从而流体得到调节。由于偏心运动,旋塞在旋转时不与阀座、阀体接触,无磨损,无卡住现象,这一特性特别适合于作为自动控制阀。如图2b所示。当阀门处于关闭位置,旋塞和阀座接触,由于偏心运动,旋塞与阀座的接触比压随着输入力矩和介质压力的增加而增加,密封可靠性大大提高。如图2c所示。

图2 工作原理

4性能特点

弹性座封偏心旋塞阀,对传统旋塞阀和半球阀进行了诸多改进,确保产品可靠的使用功能、对各种高温/高速/腐蚀/含杂质流体的适用性及较长的使用寿命。该阀先进的功能和结构设计如下。

(1)弹性座封结构

弹性旋塞与耐蚀阀座形成的密封结构,确保阀门密封可靠,实现零泄漏。克服了传统旋塞阀和半球阀金属密封易泄漏的缺陷。

(2)偏心密封设计

摩擦力只作用在阀门启闭的极短行程间,且随压力的降低而迅速减小,密封面的磨损可自动补偿。解决了传统旋塞阀和球阀由于密封面全行程强制挤压,需要较大持久操作力且密封面磨损严重的问题。

(3)整体包胶旋塞

全部口径范围的整体旋塞均采用最新硫化工艺,外表面全部用高性能橡胶包覆,密封弹性佳,耐流体腐蚀和高速流体的冲蚀。克服了传统旋塞阀裸露的金属旋塞和半球阀分离式的球芯,容易受到流体腐蚀的缺陷。

(4)特种耐蚀阀座

纯镍堆焊的阀座与阀体结合牢固,耐固体颗粒的磨损、腐蚀介质的破坏和高速流体的冲蚀。密封件的可互换性高,仅更换阀门旋塞即可继续使用。解决了半球阀浮动式阀座密封件互换性差,后期维护困难的缺点。

(5)矩形直通流道

直通流道,流体水头损失小;矩形截面,可作为手动、电动、气动调节阀使用,流量调节线性度非常好。解决了传统球阀和半球阀用作调节阀时,其圆形截面的调节线性度不理想的问题。

(6)一体式弓阀轴

阀轴与旋塞整体铸造成型,无销结构避免松动引起的调节误差,保证阀门的操作强度和刚度。弓形阀轴设计,在阀门全开时可避开流道,导流效果显著。

(7)可拆卸阀盖

阀盖与阀体通过螺栓联接,阀门只需拆下阀盖螺栓即可在管道上维护。传统球阀为对开式或筒状阀体,当阀门出现故障时,必须将阀门整体从管道上拆下方可维护。

(8)免拆维护轴封

双道轴封结构,免拆维护。详见《5维护保养》。

(9)高强度壳体

阀体、阀盖等承压壳体采用高强度球墨铸铁,承压强度和刚度高,比传统旋塞阀和半球阀的灰铸铁重量轻,运输吊装便利。同时作为密封面堆焊基体,与密封面堆焊材料结合工艺性好。

(10)耐蚀表面处理

可根据介质的腐蚀性及工作环境,灵活选择对应的表面防腐处理方案,确保在各种恶劣工况下的长久使用寿命。

(11)快速驱动机构

选用动作迅速的气动驱动机构,可根据系统控制需要,分为单动作气缸或双动作气缸。

5维护保养

阀门无需进行添加润滑油等日常维护工作,只需定期观察阀门的轴向密封情况,并及时进行处理即可。

对用于动作频繁的调节阀,阀门的轴封结构如图3所示,具有如下特点:

(1)阀轴精加工后表面化学镀镍磷,提高了耐蚀、耐磨性能,适合于动作频繁的工况;

(2)轴套材质为自润滑青铜,免加润滑油,耐磨,长寿命;

(3)双道密封圈结构。第一道为耐磨O形密封圈,具有介质自密封作用;第二道为聚四氟乙烯V形密封圈或四氟渗碳编织填料,含自润滑组分,密封致密可靠;

(4)若选用带斜切口的四氟渗碳填料,在填料磨损漏水后,无需拆卸上部操作机构,只需将旧填料勾出更换新填料即可;

(5)填料压盖的调整螺柱带预紧弹垫,一次调整后可补偿填料的磨损量,减少手工调整的劳动量;

(6)根据使用工况和动作频率的不同,阀门轴封的使用寿命不尽相同。建议每动作5000次左右检查轴封一次,必要时应更换V形密封圈或填料。

图3 轴封结构

6 结论

该阀门应用到轧钢生产线高压水除鳞系统后,两年来未出现过一次因阀门故障而影响轧钢正常生产的现象。弹性座封偏心旋塞阀,作为管道的快速启闭阀门,已在钢铁行业中得到了严酷工况的考验。在我国的钢铁、化工、食品、供水等行业中,该种新型阀门将逐渐的到广泛的使用。