单闸板楔式高温闸阀在炼厂催化裂化装置烟气轮机、主风机能量回收机组中广泛应用，但随着催化裂化装置处理量的不断增大，大口径的单闸板楔式高温闸阀在密封效果上遇到了的挑战，已不能满足装置的要求。楔式闸阀有单闸板阀和双闸板阀两种结构。单闸板阀是单面密封，密封力主要是楔紧力和介质背压力，由于楔角的加工存在一定误差，导致阀板和阀座密封面受力不均，易出现泄漏，特大口径（dn≥1400mm）的单闸板阀的密封性要求更高。另外，单闸板阀其楔角一般＜5°，不易施加较大的楔紧力而导致阀门开启失效。新型双闸板阀设计了特殊的结构，可以克服单闸板阀的不足。
1 双闸板阀结构
本双闸板阀属于新型双面硬密封结构，阀门口径dn1500，垂直安装在水平管线上，采用上下双阀杆、双执行机构控制，其阀体部分结构见图1。阀体与上下阀盖（含填料函）采用厚壁高温合金钢板铆焊结构；阀板呈饼状，中间厚，周边逐渐减薄，阀座呈规则环状结构，座圈和阀板均对称设计，均采用高温合金锻件，阀体内侧设计有较薄的平行式辅助导轨，使阀板可在导轨和座圈上平移；两块阀板背靠背，并设计有楔紧斜面，由上阀杆将其相连并进行驱动；设计有新型楔紧装置，由下阀杆驱动，新型楔紧装置由两块中间加工有半球窝的对称斜度板组成，在其中间安装一定位球，可以帮助阀板在关闭过程中任意方向调整密封平面，使阀板受力均匀，有效克服两阀座圈平行度加工误差对密封可能造成的影响。
图1 双闸板结构图
2 双闸板阀密封状态受力分析
双闸板阀从密封结构原理上分为三种，分别是双面强制密封、单面强制密封和自密封。本阀门口径特大，双面强制密封结构需要的驱动力矩非常大，本阀门的技术指标要求不宜选用；而自密封结构，因密封力太小又达不到设计要求；单面强制密封既可以保证足够的密封力，又不必提供很大的驱动力矩，故选择单面强制密封结构进行设计。
密封状态下双闸板的受力如图2所示。若将阀板和楔紧装置作为一个单元，这个单元在q，、qg、fz、nu1'、nu2'、quj、fu1'、fu2'八个力的作用下处于平衡状态，其中q，是上阀杆的推力，qg是阀板的重力，fz是下阀杆的推力，nu1'、nu2'分别是进、出口端的密封力，quj是介质的静压力，fu1'、fu2'分别是进、出口端密封面的静摩擦力。将进、出口端阀板单独分析：进口端阀板受q1、qg1、fu1'、nu1'、nc'、fc'六个力的共同作用处于平衡状态，其中q1是上阀杆分作用力，nc'是楔紧装置作用在斜面上的正压力，fc'是楔紧装置作用在斜面上摩擦力；出口端阀板受q2、qg2、fu2'、nu2'、quj、nc'、fc'七个力的共同作用处于平衡状态，其中q2是上阀杆分作用力，nc'是楔紧装置作用在斜面上的正压力，fc'是楔紧装置作用在斜面上摩擦力。
图2 密封状态下双闸板的受力图
为保证可靠密封，实际密封力nuj实际≥临界密封力nuj临界时达到密封。设计时取nuj实际=1.2nuj临界
3 阀杆的稳定性
上、下阀杆（如图1所示）的材料选用4cr14ni14w2mo，由于使用双闸板，在密封状态需要上、下阀杆轴线方向q'和fz两个力来保持闸板与密封座间的密封力，图3为楔紧装置的受力图，其中fz为下阀杆的受力。上、下阀杆均属于细长轴，因此阀杆应进行稳定性校核。
图3 楔紧装置受力图
3.1 阀杆强度计算
取密封面的宽度2bm=20mm，摩擦系数取0.3，楔形角度2α=30°，由以上参数经计算得：上阀杆的zui大临界推力q'临=500000n；下阀杆的zui大临界推力fz临=700000n，查《实用阀门设计手册》（第二版）表3-7，p691得，4cr14ni14w2mo在720℃时的抗压强度是则上、下阀杆强度分别为：
式中：q'实、f'z实—密封状态下，上、下阀杆对阀板的实际作用力，n；
q'临、f'z临—临界密封状态下，上、下阀杆对阀板的作用力，n；
df上、df——上、下阀杆的危险断面直径，mm
3.2 阀杆稳定性计算
阀杆的稳定性与阀杆的细长比λ有关。
3.2.1 上阀杆稳定性验算
（1）上阀杆支承模型如图4所示。当lf=3146，l=2780时，=0.88f取《实用阀门设计手册》（第二版）表3-21，p751中一端铰链支承，一端固定支承，对比=0.9时的μλ=0.467，取df=120mm，则实际细长比λ为：
式中：λ—阀杆的实际细长比；λl—临界细长比；l—中间支承到端点长度；μλ—支承型式影响系数；lf—计算长度。
图4 上阀杆支承模型
（2）临界细长比λl
经查《实用阀门设计手册》（第二版）表3-22，p751，在600℃、650℃时，4cr14ni14w2mo的临界细长比λl分别是79.5与82.2，按表中数据的变化趋势得，在720℃时λl＞λ。
（3）关闭时，阀杆总轴向力qfz'=600000n。
（4）阀杆截面积a，查表3-17，p749，取m80×4，则则正应力
（5）实际许用压应力
经查图3-2，p752，当λ=49的值，对应的[σy]=210mpa即：σy＜[σy]
∵λ0（-30）＜λ＜λl
∴σy＜[σy]=为稳定合格。
图5 下阀杆支承模型
3.2.2 下阀杆稳定性验算
下阀杆支承模型如图5所示。当lf=1600，l=1335时，=0.88。实际细长比
按=0.8，查《实用阀门设计手册》（第二版）表3-21，p751此时对应的应为铰链支承，一端固定支承，则：
又∵λ＜λ0=30
∴不进行稳定性计算
此时阀杆能进入阀体内部分的zui小截面直径为d=140mm。
4 结语
新型高温双闸板阀有很多优点：（1）闸板的位置精度要求降低，便于加工；（2）新型楔紧装置由两块中间加工有半球窝的对称斜度板组成，在其中间安装一定位球，可帮助阀板在关闭过程中任意方向调整密封平面，使阀板受力均匀，有效克服两阀座圈平行度加工误差对密封造成的影响；（3）阀座与阀体采用波纹管方式连接，避免使用大量的高温螺栓，使用过程更加安全可靠；（4）密封性能大大提高，可以达到密封介质的零泄漏。
参考文献
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