关于偏心旋塞调节阀在轧钢除鳞系统中的应用

     1 引言
        在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调节阀开启和关闭迅速，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调节阀动作非常频繁，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。经与上海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。

        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阀。如图2b所示。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。如图2c所示。

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        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，该种新型阀门将逐渐的到广泛的使用。