数十年前,Clarkson推出了令人耳目一新的推过式阀座淤浆阀。这款阀门——或者说是磨蚀性淤浆的“黄金”配置——
具备独特的性能特点,由Clarkson自主设计并获专利。如今,若干家大型制造商(以及许多小型制造商)都在出售这款闸阀。同时,市面上也有其它的不同设计对它形成了一定的竞争。
推过式阀座淤浆阀本质上属于带有一对弹性阀座的闸阀,阀门在关闭过程中,闸板会将两个阀座分别推向两侧。这种设计具有如下几种特点:
首先是完全隔离功能。和大多数其它种类的阀门不同,经由上游端阀座泄漏的上游流体无法进入阀门的下游端。因此维护人员可以不受约束地对下游管道进行作业。这对采矿行业绝对是个重要的功能,因为很多应用场合都需要频繁改变管道布局。弹性阀座具有零泄漏的优点,而且阀座上还有通往阀体空腔的泄压孔,能确保实现两侧管道的隔离。
其次是可以在线维修。推过式阀座可能是唯一一款无需给阀门或管道泄压,即可更换密封元件(阀座、闸板)的阀门。因阀门故障导致的停车意味着高昂的成本,而对采矿行业中的许多领域而言情况犹甚。因此,可以在线维修的阀门无异于是一大福音。第三个特点是易于维修。这款阀门基本都采用两件式栓接阀体设计,便于在现场拆卸并维修,或者更换零部件。通常不需要特殊工具。多数情况下采用纵向移动的闸板,
配合无阀盖的阀体。
阀门的关键部件
推过式阀座淤浆阀的独特性能,完全依赖于两个阀座得以实现。事实上,阀门的其它部件都很简单。换言之,这款阀门对于阀座的设计有着极其苛刻的要求,具体如下。
首先,每次在关闭阀门的过程中,两侧阀座各自会受闸板挤压,每一侧阀座被压陷的深度等于闸板厚度的二分之一。弹性材质的肖氏硬度必需确保阀座可以承受上述挤压,而且必须能经受反复使用而不影响这方面的性能。永久使用的弹性阀座会尽量设计成最小尺寸。
其次是阀门处于开启状态时,两侧阀座仍然充分地相互挤压,以便确保阀门在介质压力下不发生泄漏。同理,这也要求弹性阀座的材质特性完美匹配应用条件。
第三点是当闸板在关闭行程中挤压阀座时,阀座不能屈曲变形,而是始终维持圆形。弹性阀座本身无法承受闸板挤压造成的纵向弯曲载荷,维持形状不变需要依靠不同截面形状的金属增强圈,它们被植入弹性阀座内。
第四点要求是阀座的外形必须设计成便于“压缩变形-滑动-回弹”的形状,方便闸板的动作。主要的设计理念是阀座表面轮廓要和闸板的平面部分以及锥形部分适配。闸板表面进行高精度抛光处理,并且(或者)在表面施加特氟龙等涂层,也是常见做法。
第五,阀座必须尽可能夹紧闸板底部的锥面部分,从而尽可能缩小间隙(连通阀体空腔的泄漏路径)。具体措施包括尽可能减小闸板厚度,延长锥面部分的长度,并采用比较柔软的弹性体。
类似的阀座
即使是不同制造商生产的这款阀门, 阀座也具有类似的外形——只是阀座与闸板的接触面轮廓各不相同。最主要的差别是弹性阀座内部的金属增强圈的设计,而且每家制造商都表示自己的设计最完美!
单看效果,每种设计都很有效。这说明每种增强圈都能在尽可能减小横截面积的前提下,提供足够的抗扭曲强度。
模塑成型的过程中,将金属圈准确地植入阀座内部会有一定的难度。通常会借助支承销帮助固定金属圈的位置。阀座的X光照片,用于检查金属增强圈是否放置在正确的位置上。支承销的存在会导致阀座内出现小孔,少数情况下不会采取处置措施,但通常会用和阀座相同材质的弹性体填充这些小孔,并且紧密贴合金属增强圈,将其与腐蚀性介质隔离。
挡圈
当管道法兰的内径与阀座内径匹配, 自然会对阀座形成充分的支撑。但有些情况下管道法兰的内径和阀座内径不同,在此情况下就要配置内径与阀座内径匹配的阀座挡圈。有些型号采用的是挡圈和阀座分体式设计,有些则是挡圈和阀座一体化设计。通常大尺寸密封面会配置分体式挡圈,并用和阀座相同的材质将其包裹;对夹式阀体通常配置一体式挡圈。
厚度的考量
和阀座相比,闸板的设计相对简单。基本上越薄的闸板越容易被压入两个阀座之间。但是闸板的厚度不能低于某个极限,至少要确保它被压入阀座之间时,不会发生扭曲变形。此外,闸板还需在承受阀体内介质压力的同时不变形,这是必须达到的另一个最低极限。
面对各种相互冲突的性能要求,POLOVO阀门解决办法之一就是采用高强度材料。316不锈钢常被用作闸板材料,此外也会采用17-4PH和双相钢,例如2207,2507等,因为它们都能让同等厚度的闸板具备更高强度。有时候也会对闸板表面进行高精度抛光处理,并且(或者)在表面施加特氟龙涂层,便于闸板在弹性阀座之间滑动。
阀体空腔和泄压需求:掣肘之处
就算拥有方方面面的优点,阀门总会有它的掣肘之处!
即便是制造最精良的推过式阀座淤浆阀,每次操作行程期间都会在闸板和阀座的间隙发生“微量”的泄漏。长此以往,
如此泄漏的流体就会充满阀体空腔,需要及时排放。如果环境条件允许(通常矿场内是允许的),可以将介质直接排放到地上(打开阀底盖即可)。否则可以用管道将流体介质输送到合适的地点。如果流体具有腐蚀性,上述问题就显得更麻烦一些。另外,如果介质是高浓度淤浆,就不太方便用管道进行排放,因为它们不容易脱落;此时就需要定期用高压流体冲刷。
变型版本:长阀体和对夹式阀体
变型版本的设计主要有两种:一种是类似Clarkson最初设计的长阀体(面到面),另一种是对夹式阀体,比较容易和其它种类的刀闸阀互换。大多数大型制造商可以提供两种版本(见前附产品规格表),有些能提供不同磅级的产品。目前供应商能提供的常规尺寸最高可达600mm,特制的可达1300mm。压力磅级
最高可达50 bar CWP(ASME 300磅),但销售数量最多的是在10-20
bar之间。和对夹式设计相比,长阀体的阀座屈曲程度可能较低一些。这意味着长阀体的阀座寿命更长,更适合用于高浓度淤浆,因为它们更容易屈曲变形和回弹。按照粗略估算,
这两种阀门都能承受30-40%浓度的淤浆。POLOVO阀门认为如果浓度大于40%,长阀体的表现更佳。
展望未来
尽管推过式阀座淤浆阀仍然在采矿业以及磨蚀性淤浆阀市场上称雄一方,用户却在寻找其它适用于淤浆工况,且密封性能良好的阀门产品。
有些种类的阀门,例如剪切式淤浆闸阀,可利用大型执行器的强劲动力来提供极高的密封应力。有些设计则采用偏大尺寸的阀体,在中间设置孔板。这种设计可以最大限度防止阀体遭受侵蚀,通常采用极耐侵蚀的硬质金属阀座。目前这样的阀门成本高昂,通常仅应用于一些关键场合,以及介质侵蚀性极高的场合。如果有更多厂家生产这种版本,价格有可能下降,它们在矿业和(或)淤浆阀门市场就能得到更广的应用。相比其它类型的阀门,目前推过式阀座淤浆阀仍然主导着市场!
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