阀芯平衡的介绍

    下面是作用于阀芯上的轴向力平衡的一个例子
    阀门和使用条件
    2英寸阀门,1000磅/英寸2( 69bar)压力降使用,自下而上流动的阀芯。
    阀内件的实际尺寸
    阀座孔直径2英寸,截面积3.14平方英寸
    阀杆直径3/8英寸,截面积0.11平方英寸
    阀座接合面宽度0.030英寸/侧边,垂直于阀杆轴线
    平均阀座接合面直径2.030英寸
    平均阀座接合面面积3.23英寸
    非平衡式结构的力
    对于开度的压降力:1000磅/英寸2×3.23平方英寸=3230磅
    一个气关执行机构将具有克服这个力,再加上使阀座关闭的推力,摩擦力及弹簧压缩所需的力。
    平衡式结构的力:
    向上的力是平衡的-3230磅
    设定阀芯杆和筒体之间的环形截面积,使向下的力与向上的平衡,再在向下的力上按向上的力增加2%,作为压降升高时的向下的阀座密封推力。向下的力如下:
    3230磅+3230磅×2%=3295磅
    截面积要求:3295磅÷1000磅/英寸2=3029平方英寸
    在阀盘上的平衡式筒体的当量直径
           要求的截面积      3.30平方英寸      筒体截面积      3.41平方英寸
           阀杆截面积        0.11平方英寸      筒体直径        2.09英寸
           注:原来的3230磅不平衡力已经减少到2%,向下的推力仅64磅。
    阀门在开启的位置,从管线压力来的阀杆推力为:
                                    1000磅/英寸2×0.11英寸2=110磅
    这就表明力的范围从64磅(向下)到110磅(向上),对整个操作条件接近于平衡。这种平衡方式的阀芯和阀杆结构示于图1-1中。

阀芯和阀杆平衡的结构 
图1-1 阀芯和阀杆平衡的结构
在阀芯和阀座接合面的平均截面积下面的推力是由固定在支
架上的活塞来平衡。活塞的环形截面积,这就使阀芯和阀杆
两者的推力达到平衡。因此阀芯与阀座上面的阀体空腔中压
力达到平衡。当打开阀门时,在阀芯下部的压力由活塞气缸
来平衡,三套填料承受管线与大气压的压力差。

    套筒与阀体之间的密封在结构中是必不可少的,密封关闭达气泡严密级。这应当是一种双作用密封,以处理在任何一个方向的阀门压力降。
    套筒式阀门导向从结构的观点来讲是理想的。足够的轴向长度和整体阀芯导向防止了由侧向推力而带来的阻塞或偏移,阀芯一直朝下完全对准阀座的接合面。重型导向通过较大的金属把振动的冲击负荷分散掉,减少金属表面的损伤及导向的磨损。这种结构仅包含阀芯和套筒两个零件,而常规的阀门包含六个零件:阀座环、阀体、上阀盖、阀杆导向衬套、阀杆和阀芯。
    供磨蚀性场合使用的筒体导向阀内件不延伸到阀座接合面,由于套筒的长度短,而且是位于阀座上面的一个很小的距离,导向是极好的。这种结构在油田使用的阀门中显得更为重要。
    在阀芯中的平衡孔供压力平衡用,为使阀门的性能良好,所以必须保持畅通。这些孔应当具有一定的流通能力,要高于阀芯和套筒导向之间长的环形间隙,万一密封泄漏、发生故障或在现场维修组装中密封的遗漏时以便维持平衡。
    失去密封将不会使阀芯不平衡。在一项试验中,给执行机构供气使阀芯接触到阀座,但没有阀座密封力,将只百分表固定在阀杆上,给阀门施加一个压力差,对不平衡阀芯将使阀芯离开阀座。而对于一个拆去平衡密封的平衡阀,仍然保持关闭,除了阀芯目标间隙泄露,检测不到任何阀芯向上推动。
    阀芯与套筒之间环形平衡空间就流动而言是一个相对的死区,仅在阀门产生行程移动时才发生冲洗作用。当阀门安装在垂直位置时,该空间具有自净作用。供夹带固体颗粒的介质使用时,水平安装的阀门在行程的最后10%可能发生卡住现象,不允许把阀门的膜头朝下安装。
    应用于夹带固体颗粒的介质也没问题。一个2英寸阀门处理含泥砂的水,砂水混合物每小时的流量为3600磅,在阀芯移动和停住的时候都不会被卡住。在垂直的安装位置,阀门保持全行程。
    石蜡油不会堵塞平衡孔。带长平衡孔的阀门已经在油品中使用,流动管线可能被石蜡和沙子完全堵塞住,然而阀门仍可保持运行。
    已经有一些特殊结构的阀芯供会引起堵塞的介质使用,阀芯设计成圆柱形薄壁筒,带全开的平衡孔,在阀芯的顶部只有一个十字架供固定阀杆用,如图1-2中所示。

不会堵塞的平衡式阀芯
图1-2 不会堵塞的平衡式阀芯

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