新型管道快切盲板阀的设计研究和应用

陈兆阳，雷  霆，董胜帅，孟建伟

（河南泉舜流体控制科技有限公司，河南 郑州 450001）

摘要：新型管道快切盲板阀是一种在管道截流、隔断及维修工艺中针对管道盲板快速、便捷、安全更换而设计研发的一种新型盲板阀产品，具有操作效率高、外形尺寸小、重量轻等特点，是一种可靠的切断设备，在设备检修、管道切换、介质隔断、防止介质外泄、保护人员安全和减少环境污染上起到重要的作用。

关键词：快切盲板阀；“8”字盲板；夹紧机构；嵌入式密封圈；安全锁止装置

在石油、石化、碱化工、煤化工、电力、钢铁等行业中，管路的截流、截止、切换工艺及系统检修工作中，经常需要通过截断管线进行操作。传统的管道截流的方法是采用专用零件如“8”字形盲板、盲法兰短管、盲板法兰等，加上法兰密封垫圈，利用管线中的连接法兰，将“8”字盲板及密封垫圈，夹到管道两法兰之间，用法兰上的螺栓将盲板固定压紧。这种方法有如下几个缺点：①根据管道口径不同，需2～4名工作人员同时进行操作，费时、费力，工作效率低，工人劳动强度高；②由于截流时间长，间接导致工厂生产效率下降；③对于一些有毒有害、易燃易爆等特殊介质的管道输送工况环境，由于截流时间过长，操作人员不可避免地会受到爆炸、火灾、吸入有害气体等潜在威胁，安全隐患较大。

随着工业社会的不断发展，近年来市场出现了多种利用盲板密封技术的盲板阀。在分析国内外各种盲板阀结构的基础上，优化设计出体积更小，操作更简单、方便、快捷，更适应多种不同工况条件、生产需求的管道快切盲板阀。

1 结构及工作原理

新型管道快切盲板阀采用创新型的夹紧机构设计，利用螺旋传动原理，用一套夹紧机构代替传统管道盲板的螺栓压紧方式，盲板切换操作更迅速、更安全、更高效。相较于国内常用的普通三点式扇形盲板阀，新型管道快切盲板阀阀门体积更小，重量更轻，操作效率更高。

新型管道快切盲板阀在操作盲板切换工作时，只需要通过操纵执行机构，夹紧机构松开→切换盲板→夹紧机构夹紧，三个简单的步骤即可实现盲板接通或隔断，操作轻松，简便，更快捷。实现一个人不需要任何工具或起重设备等就可以轻松、迅速而安全地对很重要的管道进行截流或截操作。

新型管道快切盲板阀主要由左阀体、盲板（阀板）、密封圈、阀座、夹紧机构、右阀体、阀杆、支座、锁定机构、手轮等零件组成（如图1）。

夹紧机构由锁紧内、外圈及阀杆、滑块、支座组件等共同组成。内圈固定于右阀体上，外圈通过梯形传动螺纹连接套于内圈上，外圈上设有拨叉。夹紧机构工作时，手轮带动阀杆转动，阀杆旋转运动转换为滑块径向移动，带动拨叉及锁紧外圈旋转并产生轴向移动，实现阀板的压紧松开操作。

 图1新型快切盲板结构图

1. 左阀体  2.螺柱  3.螺母  4.导向套  5.阀板  6.密封圈  7.阀座  8.夹紧机构  9.右阀体  10.阀杆  11.指示板  12.滑块  13.锁定装置  14.操作手轮  15.阀板操作手柄  16.定位板

新型管道快切盲板阀的开启（关闭）过程为：

1）在转动手轮切换阀板之前必须排空阀门上游管道内部压力。

2）打开锁定装置，逆时针转动操作手轮，带动阀杆旋转。阀杆上的滑块及夹紧机构外圈向右移动，至限位止动处，使夹紧装置完全松开；

3）推拉阀板操作手柄，使阀板上的定位板与左阀体台肩对齐，阀板开启（关闭）到位；

4）顺时针转动操作手轮，带动阀杆旋转。阀杆上的滑块及夹紧机构外圈向左移动，夹紧装置夹紧。最后，关闭锁定装置。

2 结构设计特点

表1 新型管道快切盲板阀与管道盲板的节能效果对比

新型管道快切盲板阀与传统管道盲板相比，有以下优点：

1）利用螺旋传动原理，用一套夹紧机构代替传统管道盲板的螺栓压紧方式，盲板切换操作更迅速，更安全，更高效。无论大小口径的管道，均可以在较短时间内实现管道介质的安全截流。节约人工，节省时间，降低维修成本，而且可延长使用时间。（如表1）。

2）阀门整体结构设计精巧，阀板的夹紧、松开操作均在阀门内部进行，无需对管道进行压缩或扩张。

3）独特的夹紧机构，用一套锁紧装置代替普通扇形盲板阀的三点式锁紧，效率更高，密封效果更好。外形尺寸小，重量轻。

4）阀板上、下双面设计嵌入式密封圈，密封性能可靠。密封圈防脱设计，保证密封圈在工作或非工作状态均不会脱落，并可实现在线更换，无需拆除任何零部件。

5）阀板四轴定位导向设计，在左、右阀体连接螺栓设置阀板开关定位导向装置，使阀板开关更轻便，顺畅，操作更灵活。

6）执行器操作位置设置安全琐止装置，可以防止误操作造成安全事故发生。

7）阀板采用开、关双位整体式滑板结构，有全通径和盲封两个位置，操作更轻松便捷。

 8）阀门整体结构简单耐用，阀门操作只需要一个人，不需要特殊工具，只需要简单操作，就可以达到管道的截流或截止，操作更快捷。

3 设计计算

3.1 阀体壁厚计算

    新型管道快切盲板阀在管线安装应用时，阀体承受管道应力及内部介质的压力，所以应对阀体厚度、选材及强度进行计算及强度校核，参考阀门设计手册阀体壁厚计算方法，根据介质压力及阀门流道直径及流通面积计算阀体壁厚：

 式中：

  DN——阀体中腔最大内径，cm；

  P——设计压力，取公称压力PN，（kgf/cm2）；

  SB——考虑腐蚀裕量时阀体的壁厚，cm;

[σL]——材料的许用拉应力，kgf/cm2；

C——考虑铸造偏差、工艺性和介质腐蚀等因素而附加的裕量，cm；

计算得出的阀体壁厚应充分考虑介质对装配应力、启闭应力、介质腐蚀余量等种种因素，得出的数据还应符合国家标准GB/T12224 《钢制阀门 一般要求》 阀门壳体最小壁厚的规定。

3.2 左、右阀体连接螺栓强度验算

新型快切盲板阀体采用分段式组合阀体结构，左、右阀体用螺栓连接并承受一定的管道机械负荷。螺栓连接阀体组件时，螺栓抗拉应力总有效截面积按如下公式的要求：

螺栓连接阀体组件时，螺纹的抗剪切应力总有效面积按如下公式的要求：

式中：

    PN——公称压力；

Ag——由垫片或其他密封件的有效周边所限定的面积，cm2；

Ab——螺栓抗拉应力有效面积，cm2；

As——螺栓抗剪应力有效面积，cm2；

Sa——螺栓在38℃时的许用应力，MPa；

由于管道系统的温度变化、压力波动等原因产生的机械力都有作用到阀门上，设计中充分考虑这些因素。

3.3 阀板厚度计算

盲板阀阀板在关闭位置时承受的介质力最大，按照阀门设计手册平行式单阀板强制密封核算阀板厚度。

式中：

    t B——阀板实际厚度，mm；

    t B’ ——阀板计算厚度，mm；

    R——密封面平均半径，mm；

    K——系数  钢0.75；

    P——设计压力，MPa；

    [σw]——许用弯曲应力，MPa；

    C——附加裕量，mm；

阀板实际厚度t B 应大于阀板计算厚度t B’，则阀板厚度满足要求。 

4 应  用

1) 应用于氯碱化工聚合釜单体（VCM）加料系统

在聚合釜单体（VCM）加料系统管道上，用一开关阀加管道盲板，用于单台聚合釜检修时与单体加料系统隔断。采用新型管道快切盲板阀，取代现有管道盲板，可快速、安全，便捷的实现盲板切换操作，完全隔断介质，保证下游设备正常检修操作，保证人员安全。

2) 应用于煤化工水煤浆捞渣机琐斗排渣系统

在水煤浆捞渣机琐斗排渣装置出口，用一开关阀门加盲板实现完全关断介质作用，防止介质外漏。由于管道口径较大，盲板切换频率较高，普通盲板切换时，费时，费力，操作人员劳动强度大。采用新型管道快切盲板阀，操作简单，方便，效率高，并能完全关断介质，防止介质外漏。

3) 应用于气化系统灰水过滤器装置

    在煤化工气化系统灰水过滤器装置进口端用一台开关球阀加一套8字盲板，用于完全隔断介质，检修过滤器使用。由于管道内介质压力温度较高，原有的8字盲板切换时间长，操作不便，安全隐患较大。采用新型管道快切盲板阀，取代现有8字盲板，可快速、安全，便捷的实现盲板切换操作，完全隔断介质，保证下游设备正常检修操作。

5 结  语

新型管道快切盲板阀历经多年产品研发、试制、优化、改进，并经过用户现场实际应用，能够满足现场实际应用需求，总体效果良好。能够实现管道盲板的快速、安全、便捷更换。是一种可靠的切断设备，在设备检修、管道切换、介质隔断、防止介质外泄、保护人员安全和减少环境污染上起到重要的作用。

参考文献

[1] 翟耀文.盲板阀结构的改进[J].阀门，2006，41(2).

[2] 郑新.陆晓峰.快速切断盲板阀的设计及应用[J].阀门，2006，41(2).

 [3] 陆培文.实用阀门设计手册（3版）[M].北京：机械工业出版社，2012.

 [4] 杨源泉.阀门设计手册[M].北京：机械工业出版社.1992.

 [5] 张清双,尹玉杰,明赐东,等.阀门手册--选型[M].北京：化学工业出版社，2012.

[6] 成大先.机械设计手册（5版）[M].北京：化学工业出版社，2007.

作者简介：陈兆阳(1990-)，男，开封大学机械制造与自动化专业，助理工程师，河南泉舜流体控制科技有限公司研发部，主要从事工业阀门的设计与研发工作。