介紹了快速提升式金屬密封旋塞閥的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及產(chǎn)品性能，分析了由液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過齒條、齒輪及多線螺紋組成的快速傳動(dòng)系統(tǒng)。

1、概述

　　快速提升式金屬密封旋塞閥主要用于海上石油鉆井平臺(tái)放空管道，其工況系統(tǒng)壓差大，介質(zhì)沖刷力強(qiáng)，所以真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為金屬密封旋塞閥是最佳選擇。閥門公稱通徑DN300，公稱壓力Class600，閥門啟閉時(shí)間小于0. 3s。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　2.1、提升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

　　由于旋塞閥閥體和旋塞的密封副接觸面積大，且為圓錐形弧面，直接旋轉(zhuǎn)旋塞90°開啟閥門，其摩擦阻力非常大，所以金屬密封旋塞閥一般設(shè)計(jì)成旋塞先提升后旋轉(zhuǎn)的操作結(jié)構(gòu)。提升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有2個(gè)手柄( 手輪) ，先用手輪旋轉(zhuǎn)，將旋塞提升，使旋塞和閥體的密封面脫離，然后再操作手柄旋轉(zhuǎn)旋塞90°，將閥門開啟( 圖1) 。這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若采用電動(dòng)、氣動(dòng)或液動(dòng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作更加麻煩。

圖1 提升式金屬密封旋塞閥

　　快速提升式金屬密封旋塞閥( 圖2) 具有旋塞提升和旋轉(zhuǎn)一次操作的簡便結(jié)構(gòu)，在閥桿中部安裝一軌道銷，銷的兩端各裝一滾針軸承可在支架的導(dǎo)向槽內(nèi)滾動(dòng)，所以閥桿的運(yùn)動(dòng)軌跡受支架導(dǎo)向槽的限制。支架的導(dǎo)向槽對(duì)稱分布在支架的兩側(cè)，每根均加工有直槽和90°旋轉(zhuǎn)的螺旋槽。閥桿在作升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到軌道銷和滾針軸承的限制閥桿先沿直槽上升，然后沿螺旋槽旋轉(zhuǎn)90°。閥桿和旋塞通過T形槽連接，作同步運(yùn)動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)旋塞先提升后旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，使旋塞開啟省力。

　　2.2、支撐座

　　在旋塞的上、下端部分別設(shè)計(jì)了支撐座。上、下支撐座可將介質(zhì)作用在旋塞上的徑向力傳遞到閥體的上、下部位。支撐座的內(nèi)孔( 導(dǎo)向孔) 與旋塞上、下導(dǎo)向軸發(fā)生周向和軸向摩擦，由于支撐座的內(nèi)孔尺寸較小，其摩擦力較小，使閥門啟閉力矩減小。

　　2.3、快速操作機(jī)構(gòu)

　　按工況系統(tǒng)要求閥門的啟閉時(shí)間小于0.3s，按照通常的機(jī)械液壓傳動(dòng)，是很難實(shí)現(xiàn)的�？焖偬嵘�式金屬密封旋塞閥采用快速液壓油缸和多線短牙梯形螺紋傳動(dòng)。

　　首先計(jì)算閥門開啟時(shí)，閥桿帶動(dòng)旋塞垂直上升的距離，這個(gè)距離由3 部分尺寸組成。①在旋塞提升時(shí)，其密封面與閥體密封面分離，二者徑向間隙約為1.7mm，旋塞的垂直上升距離應(yīng)為20mm。②支架導(dǎo)向螺旋槽的中徑為Φ85mm，經(jīng)計(jì)算，閥桿旋轉(zhuǎn)90°時(shí)的直線上升距離為25mm。③螺旋導(dǎo)向槽的頂端具有一段直槽。為了使閥桿穩(wěn)定并提高抗振效果，滾針軸承還應(yīng)上升進(jìn)入直槽約5mm，實(shí)現(xiàn)閥門的全部開啟。

圖2 快速提升式金屬密封旋塞閥

　　閥門從關(guān)閉狀態(tài)到全部開啟，閥桿的垂直上升距離為50mm，即液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在0.3s 內(nèi)使閥桿直線上升距離為50mm。為了使閥門在0.28s 內(nèi)完成動(dòng)作，設(shè)計(jì)和計(jì)算動(dòng)力源( 驅(qū)動(dòng)油缸) 的內(nèi)徑Φ200mm，油壓22MPa，產(chǎn)生的推力為690kN，可以滿足旋塞開啟時(shí)所需的力。

　　液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條和齒輪模數(shù)為3mm。齒輪的齒數(shù)為17，齒輪旋轉(zhuǎn)1 圈，齒條的行程是53.38mm。齒輪和閥桿螺母固為一體，齒輪旋轉(zhuǎn)一圈，閥桿螺母同時(shí)旋轉(zhuǎn)1 圈，閥桿螺母會(huì)帶動(dòng)閥桿作升降運(yùn)動(dòng)。閥桿采用短牙梯形螺紋( DIN380) ，牙槽淺，牙根強(qiáng)度高，傳遞軸向力大。閥桿螺紋設(shè)計(jì)為DTr60 × 54( P9) ( 6 頭短牙梯形螺紋) 。閥桿螺母轉(zhuǎn)1 圈，閥桿的軸向行程為1 個(gè)導(dǎo)程(54mm) 。閥門開啟時(shí)，閥桿軸向行程為50mm，所以只需要齒輪或閥桿螺母在0. 28s 內(nèi)旋轉(zhuǎn)1 圈即可。為保證齒輪在0. 28s 內(nèi)旋轉(zhuǎn)1 圈，要求齒條( 即油缸內(nèi)活塞) 在0.28s 內(nèi)移動(dòng)53. 38mm。由計(jì)算可知，油缸的進(jìn)油量在0.28s 內(nèi)為1.68L，進(jìn)油管的電磁閥額定流量應(yīng)大于360L /min。目前，市場(chǎng)提供的最大高壓液控電磁閥的額定流量為100L /min，所以應(yīng)在油缸上安裝4 只電磁閥，即進(jìn)口端和出口端均需安裝ZG1 /2高壓管接頭4 只。

　　2.4、緩沖減振機(jī)構(gòu)

　　為了防止快速操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作引起的沖擊振動(dòng)，閥門除了油缸活塞具有節(jié)流緩沖功能外，在支架的螺旋導(dǎo)向槽下端設(shè)計(jì)了圓柱形橡膠阻尼減振柱( 圖3) ，既減小噪聲，又可防止因撞擊而損壞傳動(dòng)件。

圖3 緩沖減振結(jié)構(gòu)

3、結(jié)語

　　快速提升式金屬密封旋塞閥既適合高壓差工況，又滿足快速啟閉切斷閥的功能要求，將在海上石油鉆井平臺(tái)發(fā)揮重要作用。