超高压大流量先导式截止阀及其应用

　　超高压大流量先导式截止阀及其应用天津大学阎祥安沈嘉琦一种新开发的超高压、大流量、适应污水介质的先导式截止阀的原理、结构和性能特点。

　　注水采油是油田开发的基本技术。实施早期注水采油工艺是国内外广泛采用的一种保证油田高产稳产的有效措施。在我国，注水泵站多设计为多泵并联、集中供水的高压、大流量、大型泵站管网系统，注水压力高于25MPa多采用柱塞式泵。经监测，柱塞泵注水泵站系统总效率仅为49~58.5，具有很大的节能潜力。其中，系统元件的流量损失和压力损失是能耗的根本原因。仅管网流量损失即高达25~35.5，主要原因是阀件不应有的泄漏造成非功能性损失。解剖现场使用的阀件，存在如下问题：（1）结构设计不合理，造成密封件短期损坏严重；（2）过液件材质及处理工艺选择不合理，造成锈蚀损坏严重。因为注水水质多为回注水（原油开采过程中分离出的地下水）或海水，Cf含量高，具有极大的腐蚀性。

　　为了适应油田生产需要，挖掘注水系统节能潜力，我们设计、研制、试验了超高压、大流量、适应污水介质的截止阀、节流阀等注水系统阀件。下面对先导式截止阀作详细介绍。

　　如所示，先导式截止阀由阀体、阀座、阀芯组件、阀盖、密封装置、轴承和手柄等组成。阀芯组件由整体阀座、主阀芯、先导阀芯、阀杆、压盖、导向销轴和防转销等组成。其工作原理如下：旋转手柄，阀杆下移，带动先导阀芯下移，先导阀芯的锥部将主阀芯上盲孔e关阀。此时，进口液体经主阀芯滤网、孔a、b和阀盖过流孔到达主阀芯上腔c但液体不能经缝隙d到达ef而流出。此时，主阀芯上、下端液体压力相等，但两端面积不等，故在液压力作用下，主阀芯下移压在阀座上，使进、出口关闭，切断液流。当使阀门开启时，可旋转手柄，使阀杆上升。先导阀芯将孔e打开，此时上腔液体可经d、e、f形成的通路从出口流出，由于阻尼孔b形成液阻，使主阀芯上腔c的压力降低，当主阀芯上下两端压差达到一定数值时，下端压力将推动主阀芯上移，主阀芯与阀座分离，进、出口接通，形成通路。

　　先导式截止阀结构原理为了适应超高压、大流量的要求，为减小（瞬、稳态）液动力对阀口开闭的影响及对密封件的损坏，合理选择阀口形式及密封方式是至关重要的；为适应污水介质，阀内过液件应采用特殊材质或采用特殊表面处理工艺，以提高其耐腐蚀、耐磨损及耐冲刷的能力；为便于手动操作，应采用压力平15收稿-日丨期：2000流体机械压力与调节控制力矩关系曲线4结束语该阀经性能测试及现场试甩具有结构合理、性能稳定、调节方便等特点，是一种较为理想的适用于超高压、大流量、污水介质的截止阀。

　　控制学科的教学与研究，主要研究方向为流体管网动态特性及流体元件等，发表论文30余篇。通讯地址：30⑴72天津市南开区卫津路92号天津大学机械工程学院。

　　衡式控制方式，合理匹配主阀芯上、下腔液压作用面积及阻尼孔直径，使手动开启及关闭力达佳值；启闭特性要好，压力超调要小，否则将会发生元件损坏和管路破裂等事故。综合考虑上述因素，该阀结构具有以下特点：（1）阀芯由主阀和导阀两部分组成，导阀开启和关闭密封所需的力由手轮提供，手轮操作力小；（2）阀套和阀座采用整体式结构，有利于加工和减小径向不平衡力；（3）阀口结构：①锥形阀芯，有利于加工和减小径向不平衡力；②阀口采用线接触锥形密封，有利于减小阀口的密封力；③阀口锥角选择：阀芯30°阀座34°（4）材质与表面处理：①阀芯与阀座选用普通碳钢，表面镀以涂层代替不锈钢，成本低；②阀口密封表面镀镍磷合金，防腐、耐磨、硬度高、寿命长。

　　（1）耐压性能：该截止阀设计高工作压力为40MPa，按照GB8014?87流量控制阀试验方法的有关规定，对承压口进行耐压试验，耐压试验压力为高工作压力的1.5倍，即为60MPa保压5min没有外泄漏。

　　（2）流量截止功能：在截止阀进口压力变化范围内，在各组压力设置值下，开启与关闭截止阀，测量各调节压力设置值下有无泄漏液。经检测，在各调节压力设置值（0~35MPa）下，均无泄漏，即泄漏量A0=0.（3）调节控制部件所需调节力：各调节压力设定值下，调节控制力矩M的测试结果见表1.压力P与调节控制力矩M关系曲线如所示。

　　表1调节控制力矩M测试结果（N*m）组丨1（上接第49页）