一、前言

    API 6A暗桿平板閘閥閥前密封原理：在沒(méi)有壓力或低壓的情況下，通過(guò)閥座后的波形彈簧提供預(yù)緊力，推動(dòng)閥座壓向閘板，并與之貼合實(shí)現(xiàn)密封，當(dāng)有壓力時(shí)，通過(guò)閥座前后形成的密封比壓，產(chǎn)生推力，使閥座向閘板移動(dòng)并且貼合在入口端實(shí)現(xiàn)密封。

    一般情況下，閘板的厚度大于設(shè)計(jì)計(jì)算得出的閘板最小厚度即可，但是由于暗桿平板閘閥閘板中間設(shè)計(jì)不通孔以裝配閥桿，導(dǎo)致受壓時(shí)閘板變形量過(guò)大。而且經(jīng)過(guò)密封試驗(yàn)，這一系列的閥門均在閘板上口出現(xiàn)了不同程度的泄漏。根據(jù)幾臺(tái)樣機(jī)出現(xiàn)的不同結(jié)果，結(jié)合其相應(yīng)閘板的單邊厚度，分析得出，其出現(xiàn)泄漏及泄漏的程度都與閘板單邊厚度有關(guān)，故采用 COSMOS有限元分析與試驗(yàn)相結(jié)合的方式來(lái)解決這個(gè)難點(diǎn)。

    二、分析閘板厚度對(duì)受壓變形的影響

    首先，對(duì)閘閥2-1/16GBNⅠ10MJ的閘板進(jìn)行分析，通過(guò)有限元分析得出同一種閘板不同厚度的變形情況：

    l）改進(jìn)前閘板厚度42mm，閘板單邊厚度7mm，如圖1所示，圖2是在10000psi（1psi=6.895kPa）壓力下閘板的位移量，密封面最外圈從閘板下口開(kāi)始逆時(shí)針?lè)较驕y(cè)量一周的位移量如圖3。

    圖 1 改造前閘板

    圖 2 改造前閘板位移量

    圖 3 密封圈一周位移量

    分析結(jié)果，得出：閘板受壓時(shí)，閘板上口為變形即位移最大處，最大位移為0.026mm，閘板左右兩側(cè)為變形即位移最小處，最小位移為0.011mm左右，相對(duì)位移為0.015mm。

    2）改進(jìn)后閘板厚度48mm，閘板單邊厚度10mm，在10000psi壓力下閘板的位移量如圖4，圖5表示密封面最外圈從閘板下口開(kāi)始逆時(shí)針?lè)较驕y(cè)量一周的位移量。

    圖 4 改造后閘板位移量

    圖 5 改造后密封面一周位移量

    分析結(jié)果，得出：閘板受壓時(shí)，閘板上口為變形即位移最大處，最大位移為0.0205mm，閘板左右兩側(cè)為變形即位移最小處，最小位移為0.014mm 左右。相對(duì)位移為0.0065mm。

    其次，對(duì)閘閥3-1/16GBNⅠ10MJ的閘板進(jìn)行分析，通過(guò)有限元分析得出同一種閘板不同厚度的變形情況，測(cè)量方法同前，從閘板密封面下口開(kāi)始沿密封圈外圓逆時(shí)針?lè)较驕y(cè)量。

    閘板厚度為50mm，閘板單邊厚度7mm時(shí)，在10000psi壓力下密封面最外圈從閘板下口開(kāi)始逆時(shí)針?lè)较驕y(cè)量一周的位移量如圖6，閘板厚度為60mm，閘板單邊厚度12mm時(shí)，密封面最外圈從閘板下口開(kāi)始逆時(shí)針?lè)较驕y(cè)量一周的位移量如圖7。

    圖 6 閘板厚度為50mm，閘板單邊厚度7mm時(shí)密封面一周的位移量

    圖 7 閘板厚度為60mm，閘板單邊厚度12mm時(shí)密封面一周的位移量

    同理，閘板厚度為50mm 時(shí)，最大位移為0.038mm左右，最小位移為0.014mm左右。相對(duì)位移為0.024mm；厚度為60mm時(shí)，最人位移為0.0301mm左右，最小位移為0.017mm左右。相對(duì)位移為0.0131mm。

    三、分析閥座密封面寬度對(duì)受壓變形的影響

    對(duì)閘閥3-1/16GBNⅠ15MJ 的閘板進(jìn)行分析，理論分析得知，如果密封面寬度稍微加大，可以增加受壓時(shí)閘板的支撐面積，如圖8所示，可以減小受壓時(shí)的變形，通過(guò)有限元分析，得出如下結(jié)論。

    圖 8 閘板支撐面積

    閘板厚度為60mm，單邊厚度為13mm 時(shí)分析得出的密封面變形位移如圖9，最大位移最為0.047mm左右，最小位移為 0.026mm，相對(duì)位移量為0.021mm。

    圖 9 閘板厚度為60mm，單邊厚度為13mm時(shí)密封面變形位移

    閘板厚度為66mm，單邊厚度為16mm，密封面寬度不變時(shí)，分析得出的密封面變形位移如圖10，最大位移量為 0.0445mm左右，最小位移為0.0275mm，相對(duì)位移量為0.017mm。

    圖 10 閘板厚度為66mm，單邊厚度為16mm 時(shí)密封面變形位移

    閘板厚度為60mm，單邊厚度為13mm 密封面寬度增加1.5mm 時(shí)分析得出的密封面變形位移如圖11，最大位移量為0.044mm 左右，最小位移為0.025mmm，相對(duì)位移量為0.019mm。

    圖 11 閘板厚度為60mm，單邊厚度為13mm，密封面寬度增加 1.5mm時(shí)分析得出的密封面變形位移

    閘板厚度為66mm，單邊厚度為16mm，密封面寬度增加1.5mm時(shí)分析得出的密封面變形位移如圖12，最大位移量為 0.043mm左右，最小位移為0.027，相對(duì)位移量為0.016mm。

    圖 12 閘板厚度為66mm，單邊厚度為16mm，密封面寬度增加1.5mm 時(shí)分析得出的密封面變形位移

    四、結(jié)論

    根據(jù)以上分析結(jié)果，不難看出，影響密封的因素主要有兩個(gè)：第一是閘板的厚度，第二是密封面寬度。尤其是在更高磅級(jí)的情況下，密封面的寬度起著比較大的作用。不僅如此，在改變閘板厚度等因素時(shí)，還應(yīng)將與之相關(guān)聯(lián)的尺寸也進(jìn)行相應(yīng)的改變，不要產(chǎn)生過(guò)大的厚度差。

    根據(jù)理論分析進(jìn)行改進(jìn)的3臺(tái)樣機(jī)已經(jīng)全部試驗(yàn)成功。因此在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，閘板的厚度除了要滿足計(jì)算的結(jié)果之外，還要符合分析結(jié)果；密封面的計(jì)算不僅要滿足密封比壓的要求，還應(yīng)特殊考慮閥前密封這一特點(diǎn)。兩者結(jié)合考慮，可大大改善閥門的密封性能，達(dá)到分析結(jié)果滿足閘板密封面最外側(cè)的相對(duì)變形位移量在0.015mm左右。

    API 6A閥門磅級(jí)大于或等于10000psi的閥門屬于高磅級(jí)閥門，雖然比較不容易實(shí)現(xiàn)，但是在理論分析與試驗(yàn)相結(jié)合的努力下，API 6A高磅級(jí)暗桿平板閥前密封類別的閥門設(shè)計(jì)試驗(yàn)初見(jiàn)成效，已有幾臺(tái)樣機(jī)試驗(yàn)成功。但是更多的可能影響暗桿閘閥閥前密封性能的因素還值得進(jìn)一步去探討和研究。