上海沪工阀门厂(集团)有限公司

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摘要:主要根据使用中闸阀阀板上铜螺母短时间内迅速失效的情况,结合阀门的工作状况、结构形式,分析了钢螺母失效的原因,并根据现场实际的工况,从阀门密封面的结构和铜螺母的结构形式上提出了改进的方法,从而延长铜螺母的使用寿命。

关键词闸阀钢螺母磨损密封面

1 概述

某厂现场所使用的送水泵出口电动阀是日本制造的,形式为暗杆楔式电动闸阀,公称直径 450mm,数量共有 7 台,由于使用时间较长,阀门的性能有所下降,于 2003 年 4 月和 5 月分别将 4 号、5 号出口电动阀更换为国产件。自从国产件更换上以来,4 号和 5 号出口电动阀故障不断,铜套频繁的出现磨损、剪断(拔牙)现象,致使闸板从阀杆上脱落,闸板失控,导致阀门无法开启。

2 原因分析

从理论上讲,铜套在工作时是阀杆螺纹传递的挤压力、磨削力和轴向剪切力等作用在铜套上而使之损坏,但在实际生产中还存在着许多因素。比如铜套加工质量不好(牙形偏差大、光洁度差、铸造缺陷)、行程开关调整不当、工作环境差等。

通过对现场设备损坏情况和实际工况的分析,认为主要原因应该是以下两种原因之一:

一是传动螺纹的表面所承受的载荷大于本身表面承受载荷的设计值。每一次开、关阀门,铜套的螺纹就受到一次强烈的挤压磨削,而使传动螺纹磨削变形,强度下降,最后导致铜套损坏。通过对已损坏铜套的直观检查来看,其创口并非完全是硬性磨损,而存在着明显的磨削变形、挤压变形(见图 1)。

图 1 新旧铜套对比图
图 1 新旧铜套对比图

针对这种情况可以采取提高铜套质量的办法来增加铜套的强度,使铜套单位面积所能承受的载荷上升,有效避免铜套的磨损。但是由于要保护阀杆,铜套的硬度不能太高,而且受到制造工艺和材料的限制,铜套的硬度也不可能有极大的提高。

当然也可以采取增加铜套螺纹的厚度,即增加铜套的磨损余量,同样可以达到延长使用寿命的目的,只是方式方法上较为被动,并没有从根木上解决问题。

二是阀门选型不当。新更换阀门的阀板与阀座处采用的是双楔硬密封形式,如图 2 所示,双楔式的密封形式即阀板与阀门的两个端面都具有一定的斜度。

图 2 双楔硬密封结构图
图 2 双楔硬密封结构图

理论上讲采用双楔形式的阀门启闭将较为省力,因为闷板一旦开启.阀板上升后.阀板会立即与阀座脱离接触,在阀门开启和关闭的过程中阀板与阀门不接触,因此动作较为省力。但是在实际的使用过程中,由于阀门在开启和关闭的过程中受到进口处水流的冲击,阀板将向出口处偏移,由此造成阀板顶部的铜套与阀杆的啮合产生变化,啥合的效果下降。铜套螺纹与阀杆螺纹在正常情况下应该如图 3 所示,螺纹是全面积进行接触的,而双楔式的闸阀在动作过程中螺纹实际的接触情况如图 4 所示,接触的面积大为下降,单位面积上所承受的力大幅上升,远超出螺纹表面强度所能承受的范围,同时螺纹的顶部直接参与啮合,造成螺纹的磨损大为加速.使用寿命显著下降。

图 3 铜套与阀杆螺纹正常啮合图
图 3 铜套与阀杆螺纹正常啮合图
图 4 铜套与阀杆螺纹实际啮合图
图 4 铜套与阀杆螺纹实际啮合图

而在实际使用中由于供水管网主要是控制压力,在送水泵的流盆与压力无法进行调节的情况下,只能通过调节该阀门的开度来控制压力,故该阀门在单项受压的情况下频繁动作,所以在短时间内铜套完全失效也就不足为怪了。

针对这种情况可以采用增加铜套长度的方法。增加铜套的长度可以改善铜套的导向性,在一定程度上可以改善铜套的啥合状况。但是铜套的长度到达了一定值后,改善导向作用的效果将不再明显。同时铜套尺寸过长后会造成加工困难,加工精度不容易控制,反而会导致螺纹受力集中在几个齿上,使铜套的受力条件更加恶化。

3 对策措施

通过对铜套材质和受力情况的分析和计算,第一种传动螺纹的表面所承受的载荷大于本身表面承受载荷的设计值的情况可以排除.因此造成铜套短期内迅速失效的原因就应该是选型不当造成的。

由于增加铜套长度的方法成本较高,所以为了避免阀板在动作过程中产生偏移,最终还是对阀门的结构进行了改进,将原来的双楔式密封面改为如图 5 所示的单楔式密封形式。

图 5 单楔式密封结构图
图 5 单楔式密封结构图

在进水口处密封面是倾斜的,在出水口处密封面是平的。采用这种形式的密封面,在阀门的开闭过程中.阀板受进口处水流的冲击作用.进口处的倾斜密封面脱离接触,不受磨损,阀板沿着出口处的平面上下运动.由于有出口处的平面作为依靠,而且在阀板的侧面还加装了导向槽,阀板不会产生偏移。故保证了铜套与阀杆大面积的接触,有效降低了螺纹单位面积上所承受的力。而在阀门关闭以后,阀门的出水口处受水压作用,阀板与进口处的倾斜密封面紧密接触。由于在开闭过程中该密封面不接触,不会磨损,长期使用后阀门的密封效果也不会下降。

当然也可以使用平板闸阀来代替双锲闸阀,但是平板闸阀本身造价就高.同时启闭所需扭矩也较大.需要对电动执行机构进行更换.成本较高。而且平板闸阀密封面的磨损也较大,长期使用后密封效果下降较快。

4 结束语

闸阀本应该是在管路系统中起到截止和开放介质作用的,然而由于受到生产工艺的要求和现场实际情况的限制,本文中所提到的闸阀也起到了一定的控制流量的作用,所以在使用过程中动作较为频繁,普通形式的双楔闸阀和平板闸阀均难以适用。采用单楔式密封的阀门后,阀门铜套的寿命得到了极大的提高,密封效果有了极大的改兽,很好的解决了现场的技术难题。


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