偏心旋塞阀在轧钢除鳞系统中的应用
1 概述
钢铁行业中在热轧钢板时，钢坯在加热炉中加热会生成很厚的炉生氧化皮，在轧制过程中也不断生成二次氧化皮，均需清除干净，以保证轧板表面质量，高压水除鳞系统是现代热轧板技术必备的清理系统。它将高压水经喷嘴喷到轧制过程的钢板上，从而将氧化皮冲掉。轧制一块钢板平均3min，而冲水时间却只有十几秒，要求管道系统供水迅速，断流时不得有水泄漏，且宜通过钢板检测系统实现定时控制。这种控制方式要求管道阀门开启和关闭迅速，平稳无冲击，控制可靠。
宝钢的某条轧钢生产线上，高压水除鳞系统的供水阀门动作非常频繁，每天启闭200～500次，甚至可达1000～2000次。该系统原设计的国外某品牌阀门，在使用一个月左右就出现内漏和外漏问题，轧钢生产效率严重降低，维修更换成本急剧升高。选择哪种类型的阀门来满足该种工况，保证阀门使用寿命不少于三个月，一直是困扰该条轧钢生产线的难题。经与某专业阀门公司合作，积极引进和吸收国外先进技术，设计开发出了一种新型阀门———弹性座封偏心旋塞阀，为宝钢轧钢生产线解决了此技术难题。
2 结构型式
弹性座封偏心旋塞阀，是一种新型结构的旋塞阀，最早应用于美国污水处理系统中，结构如图1所示。
1-阀体；2-旋塞；3-O型密封圈；4-阀座；5-O型密封圈；6-阀盖；7-联接螺栓；8-轴套；9-填料；10-填料压盖；11-支架；12-气动装置
由于其具有优异的密封性能、动作性能、耐蚀性能和较长的使用寿命，克服了传统柱塞阀、球阀、蝶阀各自的缺点，适用于清水、污水、泥浆等多种介质，已经在钢铁、化工、食品、供水等行业的流体输送系统中得到广泛应用。
3工作原理
弹性座封偏心旋塞阀的关闭和开启，是通过旋塞和阀体的偏心运动来实现的。旋塞相对阀体有一个偏心距，阀体上的阀座相对旋塞体的回转中心也有一个偏心距。当旋塞体旋转90°从全开到全闭位置时，旋塞体的密封面就和阀座贴合，从而达到关闭密封目的。
当阀门处于打开位置时，整个旋塞体离开通道流体全流量通过，这时通流能力最大，流阻最小。如图2a所示。当阀门处于调节位置时，旋塞的一部分挡住了通道，流域面积改变，从而流体得到调节。由于偏心运动，旋塞在旋转时不与阀座、阀体接触，无磨损，无卡住现象，这一特性特别适合于作为自动控制。当阀门处于关闭位置，旋塞和阀座接触，由于偏心运动，旋塞与阀座的接触比压随着输入力矩和介质压力的增加而增加，密封可靠性大大提高。
4性能特点
弹性座封偏心旋塞阀，对传统旋塞阀和半球阀进行了诸多改进，确保产品可靠的使用功能、对各种高温/高速/腐蚀/含杂质流体的适用性及较长的使用寿命。该阀先进的功能和结构设计如下。
（1）弹性座封结构
弹性旋塞与耐蚀阀座形成的密封结构，确保阀门密封可靠，实现零泄漏。克服了传统旋塞阀和半球阀金属密封易泄漏的缺陷。
（2）偏心密封设计
摩擦力只作用在阀门启闭的极短行程间，且随压力的降低而迅速减小，密封面的磨损可自动补偿。解决了传统旋塞阀和球阀由于密封面全行程强制挤压，需要较大持久操作力且密封面磨损严重的问题。
（3）整体包胶旋塞
全部口径范围的整体旋塞均采用最新硫化工艺，外表面全部用高性能橡胶包覆，密封弹性佳，耐流体腐蚀和高速流体的冲蚀。克服了传统旋塞阀裸露的金属旋塞和半球阀分离式的球芯，容易受到流体腐蚀的缺陷。
（4）特种耐蚀阀座
纯镍堆焊的阀座与阀体结合牢固，耐固体颗粒的磨损、腐蚀介质的破坏和高速流体的冲蚀。密封件的可互换性高，仅更换阀门旋塞即可继续使用。解决了半球阀浮动式阀座密封件互换性差，后期维护困难的缺点。
（5）矩形直通流道
直通流道，流体水头损失小；矩形截面，可作为手动、电动、气动调节阀使用，流量调节线性度非常好。解决了传统球阀和半球阀用作调节阀时，其圆形截面的调节线性度不理想的问题。
（6）一体式弓阀轴
阀轴与旋塞整体铸造成型，无销结构避免松动引起的调节误差，保证阀门的操作强度和刚度。弓形阀轴设计，在阀门全开时可避开流道，导流效果显著。
（7）可拆卸阀盖
阀盖与阀体通过螺栓联接，阀门只需拆下阀盖螺栓即可在管道上维护。传统球阀为对开式或筒状阀体，当阀门出现故障时，必须将阀门整体从管道上拆下方可维护。
（8）免拆维护轴封
双道轴封结构，免拆维护。详见《5维护保养》。
（9）高强度壳体
阀体、阀盖等承压壳体采用高强度球墨铸铁，承压强度和刚度高，比传统旋塞阀和半球阀的灰铸铁重量轻，运输吊装便利。同时作为密封面堆焊基体，与密封面堆焊材料结合工艺性好。
（10）耐蚀表面处理
可根据介质的腐蚀性及工作环境，灵活选择对应的表面防腐处理方案，确保在各种恶劣工况下的长久使用寿命。
（11）快速驱动机构
选用动作迅速的气动驱动机构，可根据系统控制需要，分为单动作气缸或双动作气缸。
5维护保养
阀门无需进行添加润滑油等日常维护工作，只需定期观察阀门的轴向密封情况，并及时进行处理即可。
对用于动作频繁的调节阀，阀门的轴封结构如图3所示，具有如下特点：
（1）阀轴精加工后表面化学镀镍磷，提高了耐蚀、耐磨性能，适合于动作频繁的工况；
（2）轴套材质为自润滑青铜，免加润滑油，耐磨，长寿命；
（3）双道密封圈结构。第一道为耐磨O形密封圈，具有介质自密封作用；第二道为聚四氟乙烯V形密封圈或四氟渗碳编织填料，含自润滑组分，密封致密可靠；
（4）若选用带斜切口的四氟渗碳填料，在填料磨损漏水后，无需拆卸上部操作机构，只需将旧填料勾出更换新填料即可；
（5）填料压盖的调整螺柱带预紧弹垫，一次调整后可补偿填料的磨损量，减少手工调整的劳动量；
（6）根据使用工况和动作频率的不同，阀门轴封的使用寿命不尽相同。建议每动作5000次左右检查轴封一次，必要时应更换V形密封圈或填料。
6 结论
该阀门应用到轧钢生产线高压水除鳞系统后，两年来未出现过一次因阀门故障而影响轧钢正常生产的现象。弹性座封偏心旋塞阀，作为管道的快速启闭阀门，已在钢铁行业中得到了严酷工况的考验。在我国的钢铁、化工、食品、供水等行业中，该种新型阀门的应用将日渐广泛。
关键词：旋塞阀
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