介紹了快速提升式金屬密封旋塞閥的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及產(chǎn)品性能，分析了由液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過齒條、齒輪及多線螺紋組成的快速傳動(dòng)系統(tǒng)。

1、概述

　　快速提升式金屬密封旋塞閥主要用于海上石油鉆井平臺(tái)放空管道，其工況系統(tǒng)壓差大，介質(zhì)沖刷力強(qiáng)，所以真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.jnannai.com/)認(rèn)為金屬密封旋塞閥是最佳選擇。閥門公稱通徑DN300，公稱壓力Class600，閥門啟閉時(shí)間小于0. 3s。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　2.1、提升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

　　由于旋塞閥閥體和旋塞的密封副接觸面積大，且為圓錐形弧面，直接旋轉(zhuǎn)旋塞90°開啟閥門，其摩擦阻力非常大，所以金屬密封旋塞閥一般設(shè)計(jì)成旋塞先提升后旋轉(zhuǎn)的操作結(jié)構(gòu)。提升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有2個(gè)手柄( 手輪) ，先用手輪旋轉(zhuǎn)，將旋塞提升，使旋塞和閥體的密封面脫離，然后再操作手柄旋轉(zhuǎn)旋塞90°，將閥門開啟( 圖1) 。這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若采用電動(dòng)、氣動(dòng)或液動(dòng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作更加麻煩。

圖1 提升式金屬密封旋塞閥

　　快速提升式金屬密封旋塞閥( 圖2) 具有旋塞提升和旋轉(zhuǎn)一次操作的簡便結(jié)構(gòu)，在閥桿中部安裝一軌道銷，銷的兩端各裝一滾針軸承可在支架的導(dǎo)向槽內(nèi)滾動(dòng)，所以閥桿的運(yùn)動(dòng)軌跡受支架導(dǎo)向槽的限制。支架的導(dǎo)向槽對(duì)稱分布在支架的兩側(cè)，每根均加工有直槽和90°旋轉(zhuǎn)的螺旋槽。閥桿在作升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到軌道銷和滾針軸承的限制閥桿先沿直槽上升，然后沿螺旋槽旋轉(zhuǎn)90°。閥桿和旋塞通過T形槽連接，作同步運(yùn)動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)旋塞先提升后旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，使旋塞開啟省力。

　　2.2、支撐座

　　在旋塞的上、下端部分別設(shè)計(jì)了支撐座。上、下支撐座可將介質(zhì)作用在旋塞上的徑向力傳遞到閥體的上、下部位。支撐座的內(nèi)孔( 導(dǎo)向孔) 與旋塞上、下導(dǎo)向軸發(fā)生周向和軸向摩擦，由于支撐座的內(nèi)孔尺寸較小，其摩擦力較小，使閥門啟閉力矩減小。

　　2.3、快速操作機(jī)構(gòu)

　　按工況系統(tǒng)要求閥門的啟閉時(shí)間小于0.3s，按照通常的機(jī)械液壓傳動(dòng)，是很難實(shí)現(xiàn)的。快速提升式金屬密封旋塞閥采用快速液壓油缸和多線短牙梯形螺紋傳動(dòng)。

　　首先計(jì)算閥門開啟時(shí)，閥桿帶動(dòng)旋塞垂直上升的距離，這個(gè)距離由3 部分尺寸組成。①在旋塞提升時(shí)，其密封面與閥體密封面分離，二者徑向間隙約為1.7mm，旋塞的垂直上升距離應(yīng)為20mm。②支架導(dǎo)向螺旋槽的中徑為Φ85mm，經(jīng)計(jì)算，閥桿旋轉(zhuǎn)90°時(shí)的直線上升距離為25mm。③螺旋導(dǎo)向槽的頂端具有一段直槽。為了使閥桿穩(wěn)定并提高抗振效果，滾針軸承還應(yīng)上升進(jìn)入直槽約5mm，實(shí)現(xiàn)閥門的全部開啟。

圖2 快速提升式金屬密封旋塞閥

　　閥門從關(guān)閉狀態(tài)到全部開啟，閥桿的垂直上升距離為50mm，即液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在0.3s 內(nèi)使閥桿直線上升距離為50mm。為了使閥門在0.28s 內(nèi)完成動(dòng)作，設(shè)計(jì)和計(jì)算動(dòng)力源( 驅(qū)動(dòng)油缸) 的內(nèi)徑Φ200mm，油壓22MPa，產(chǎn)生的推力為690kN，可以滿足旋塞開啟時(shí)所需的力。

　　液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條和齒輪模數(shù)為3mm。齒輪的齒數(shù)為17，齒輪旋轉(zhuǎn)1 圈，齒條的行程是53.38mm。齒輪和閥桿螺母固為一體，齒輪旋轉(zhuǎn)一圈，閥桿螺母同時(shí)旋轉(zhuǎn)1 圈，閥桿螺母會(huì)帶動(dòng)閥桿作升降運(yùn)動(dòng)。閥桿采用短牙梯形螺紋( DIN380) ，牙槽淺，牙根強(qiáng)度高，傳遞軸向力大。閥桿螺紋設(shè)計(jì)為DTr60 × 54( P9) ( 6 頭短牙梯形螺紋) 。閥桿螺母轉(zhuǎn)1 圈，閥桿的軸向行程為1 個(gè)導(dǎo)程(54mm) 。閥門開啟時(shí)，閥桿軸向行程為50mm，所以只需要齒輪或閥桿螺母在0. 28s 內(nèi)旋轉(zhuǎn)1 圈即可。為保證齒輪在0. 28s 內(nèi)旋轉(zhuǎn)1 圈，要求齒條( 即油缸內(nèi)活塞) 在0.28s 內(nèi)移動(dòng)53. 38mm。由計(jì)算可知，油缸的進(jìn)油量在0.28s 內(nèi)為1.68L，進(jìn)油管的電磁閥額定流量應(yīng)大于360L /min。目前，市場提供的最大高壓液控電磁閥的額定流量為100L /min，所以應(yīng)在油缸上安裝4 只電磁閥，即進(jìn)口端和出口端均需安裝ZG1 /2高壓管接頭4 只。

　　2.4、緩沖減振機(jī)構(gòu)

　　為了防止快速操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作引起的沖擊振動(dòng)，閥門除了油缸活塞具有節(jié)流緩沖功能外，在支架的螺旋導(dǎo)向槽下端設(shè)計(jì)了圓柱形橡膠阻尼減振柱( 圖3) ，既減小噪聲，又可防止因撞擊而損壞傳動(dòng)件。

圖3 緩沖減振結(jié)構(gòu)

3、結(jié)語

　　快速提升式金屬密封旋塞閥既適合高壓差工況，又滿足快速啟閉切斷閥的功能要求，將在海上石油鉆井平臺(tái)發(fā)揮重要作用。