上海滬工閥門廠（集團）有限公司
摘要：通過有限元分析以及試驗結(jié)果結(jié)合，分析了 API 6A 高磅級暗桿平板閘閥實現(xiàn)閥前密封的技術(shù)難點。
關(guān)鍵詞：高磅級；暗桿閘閥；閥前密封
一、前言
API 6A 暗桿平板閘閥閥前密封原理：在沒有壓力或低壓的情況下，通過閥座后的波形彈簧提供預(yù)緊力，推動閥座壓向閘板，并與之貼合實現(xiàn)密封，當(dāng)有壓力時，通過閥座前后形成的密封比壓，產(chǎn)生推力，使閥座向閘板移動并且貼合在入口端實現(xiàn)密封。
一般情況下，閘板的厚度大于設(shè)計計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)計不通孔以裝配閥桿，導(dǎo)致受壓時閘板變形量過大。而且經(jīng)過密封試驗，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)幾臺樣機出現(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 有限元分析與試驗相結(jié)合的方式來解決這個難點。
二、分析閘板厚度對受壓變形的影響
首先，對閘閥 2-1/16GBN Ⅰ 10MJ 的閘板進行分析，通過有限元分析得出同一種閘板不同厚度的變形情況：
l）改進前閘板厚度 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始逆時針方向測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，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，相對位移為 0.015mm。
2）改進后閘板厚度 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始逆時針方向測量一周的位移量。
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，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。相對位移為 0.0065mm。
其次，對閘閥 3-1/16GBN Ⅰ10MJ 的閘板進行分析，通過有限元分析得出同一種閘板不同厚度的變形情況，測量方法同前，從閘板密封面下口開始沿密封圈外圓逆時針方向測量。
閘板厚度為 50mm，閘板單邊厚度 7mm 時，在 10000psi 壓力下密封面最外圈從閘板下口開始逆時針方向測量一周的位移量如圖 6，閘板厚度為 60mm，閘板單邊厚度 12mm 時，密封面最外圈從閘板下口開始逆時針方向測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 時密封面一周的位移量
同理，閘板厚度為 50mm 時，最大位移為 0.038mm 左右，最小位移為 0.014mm 左右。相對位移為 0.024mm；厚度為 60mm 時，最人位移為 0.0301mm 左右，最小位移為 0.017mm 左右。相對位移為 0.0131mm。
三、分析閥座密封面寬度對受壓變形的影響
對閘閥 3-1/16GBN Ⅰ 15MJ 的閘板進行分析，理論分析得知，如果密封面寬度稍微加大，可以增加受壓時閘板的支撐面積，如圖 8 所示，可以減小受壓時的變形，通過有限元分析，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，相對位移量為 0.021mm。
圖 9 閘板厚度為 60mm，單邊厚度為 13mm 時密封面變形位移
閘板厚度為 66mm，單邊厚度為 16mm，密封面寬度不變時，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，相對位移量為 0.017mm。
圖 10 閘板厚度為 66mm，單邊厚度為 16mm 時密封面變形位移
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：第一是閘板的厚度，第二是密封面寬度。尤其是在更高磅級的情況下，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，還應(yīng)將與之相關(guān)聯(lián)的尺寸也進行相應(yīng)的改變，不要產(chǎn)生過大的厚度差。
根據(jù)理論分析進行改進的 3 臺樣機已經(jīng)全部試驗成功。因此在設(shè)計計算時，閘板的厚度除了要滿足計算的結(jié)果之外，還要符合分析結(jié)果；密封面的計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。兩者結(jié)合考慮，可大大改善閥門的密封性能，達到分析結(jié)果滿足閘板密封面最外側(cè)的相對變形位移量在 0.015mm 左右。
API 6A 閥門磅級大于或等于 10000psi 的閥門屬于高磅級閥門，雖然比較不容易實現(xiàn)，但是在理論分析與試驗相結(jié)合的努力下，API 6A 高磅級暗桿平板閥前密封類別的閥門設(shè)計試驗初見成效，已有幾臺樣機試驗成功。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一步去探討和研究。