API6A高磅级暗杆平板闸阀实现阀前密封的难点分析
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一、前言
A P I 6A暗杆平板闸阀阀前密封原理：在没有压力 或低压的情况下，通过阀座后的波形弹簧提供预紧力， 推动阀座压向闸板，并与之贴合实现密封，当有压力 时，通过阀座前后形成的密封比压，产生推力，使阀座 向闸板移动并且贴合在入口端实现密封。
一般情况下，闸板的厚度大于设计计算得出的闸 板最小厚度即可，但是由于暗杆平板闸阀闸板中间设计 不通孔以装配阀杆，导致受压时闸板变形量过大。 而 且经过密封试验，这一系列的阀门均在闸板上口出现了 不同程度的泄漏。根据几台样机出现的不同结果，结合 其相应闸板的单边厚度，分析得出，其出现泄漏及泄漏 的程度都与闸板单边厚度有关，故采用C O S M O S有限 元分析与试验相结合的方式来解决这个难点。
度不变时，分析得出的密封面变形位移如图10，最大位 移量为0.044 5m m左右，最小位移为0.027 5m m，相对 位移量为0.017mm。
图10 闸板厚度为66mm，单边厚度为16mm时密封面变形位移 闸板厚度为60m m，单边厚度为13m m密封面宽度
增加1.5m m时分析得出的密封面变形位移如图11，最大 位移量为0.044m m左右，最小位移为0.025m m，相对位 移量为0.019mm。
四、结论
根据以上分析结果，不难看出，影响密封的因素 主要有两个：第一是闸板的厚度，第二是密封面宽度。 尤其是在更高磅级的情况下，密封面的宽度起着比较大 的作用。不仅如此，在改变闸板厚度等因素时，还应将 与之相关联的尺寸也进行相应的改变，不要产生过大的 厚度差。
根据理论分析进行改进的3台样机已经全部试验成 功。因此在设计计算时，闸板的厚度除了要满足计算的 结果之外，还要符合分析结果；密封面的计算不仅要 满足密封比压的要求，还应特殊考虑阀前密封这一特 点。两者结合考虑，可大大改善阀门的密封性能，达到 分析结果满足闸板密封面最外侧的相对变形位移量在 0.015mm左右。
电力通用机械
GM in Electric Power
API 6A高磅级暗杆平板闸阀 实现阀前密封的难点分析
苏州纽威阀门股份有限公司开发部 （江苏 215129） 耿晓蓉
【摘 要】通过有限元分析以及试验结果结合，分 析了API 6A高磅级暗杆平板闸阀实现阀前密封的技术难 点。
【关键词】高磅级 暗杆闸阀 阀前密封
图7 闸板厚度为60mm，闸板单边厚度12mm时密封面 一周的位移量
同理，闸板厚度为50m m时，最大位移为0.038m m 左右，最小位移为0.014m m左右。相对位移为0.024m m； 厚度为60m m时，最大位移为0.030 1m m左右，最小位 移为0.017mm左右。相对位移为0.013 1mm。
闸板厚度为66m m，单边厚度为16m m，密封面宽 度增加1.5m m时分析得出的密封面变形位移如图12，最 大位移量为0.043m m左右，最小位移为0.027m m，相对 位移量为0.016mm。
图12 闸板厚度为66mm，单边厚度为16mm，密封面宽度增 加1.5mm时分析得出的密封面变形位移
75 通用机械
2009年 第11期 www.tyjx.net
三、分析阀座密封面宽度对受压变形的 影响
对闸阀3—1/16G B NⅠ15M J的闸板进行分析，理论 分析得知，如果密封面宽度稍微加大，可以增加受压 时闸板的支撑面积，如图8所示，可以减小受压时的变 形，通过有限元分析，得出如下结论。
闸板厚度为60m m，单边厚度为13m m时分析得出 的密封面变形位移如图9，最大位移量为0.047m m左右, 最小位移为0.026mm，相对位移量为0.021mm。
74 通用机械 www.tyjx.net 2009年 第11期
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URES/mm
图8 闸板支撑面积
图11 闸板厚度为60mm，单边厚度为13mm，密封面宽度增加 1.5mm时分析得出的密封面变形位移
URES/mm
URES/mm
URES/mm
图9 闸板厚度为60mm，单边厚度为13mm时密封面变形位移 闸板厚度为66m m，单边厚度为16m m，密封面宽
图3 密封面一周位移量 分析结果，得出：闸板受压时，闸板上口为变形 即位移最大处，最大位移为0.026m m，闸板左右两侧为 变形即位移最小处，最小位移为0.011m m左右，相对位 移为0.015mm。 2）改进后闸板厚度48m m，闸板单边厚度10m m， 在10 000psi压力下闸板的位移量如图4，图5表示密封面 最外圈从闸板下口开始逆时针方向测量一周的位移量。
图1 改造前闸板
图2 改造前闸板位移量
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时针方向测量。 闸板厚度为50m m，闸板单边厚度7m m时，在
10 000psi压力下密封面最外圈从闸板下口开始逆时针方 向测量一周的位移量如图6，闸板厚度为60m m，闸板 单边厚度12m m时，密封面最外圈从闸板下口开始逆时 针方向测量一周的位移量如图7。
图6 闸板厚度为50mm，闸板单边厚度7mm时密封面 一周的位移量
URES/mm
图4 改造后闸板位移量
图5 改造后密封面一周位移量 分析结果，得出：闸板受压时，闸板上口为变形 即位移最大处，最大位移为0.020 5m m，闸板左右两侧 为变形即位移最小处，最小位移为0.014m m左右。相对 位移为0.006 5mm。 其次，对闸阀3—1/16G B NⅠ10M J的闸板进行分析, 通过有限元分析得出同一种闸板不同厚度的变形情况， 测量方法同前，从闸板密封面下口开始沿密封圈外圆逆
API 6A阀门磅级大于或等于10 000psi 的阀门属于 高磅级阀门，虽然比较不容易实现，但是在理论分析与 试验相结合的努力下，A P I 6A高磅级暗杆平板阀前密 封类别的阀门设计试验初见成效，已有几台样机试验成 功。但是更多的可能影响暗杆闸阀阀前密封性能的因素 还值得进一步去探讨和研究。
（收稿日期：2009/05/15）
二、分析闸板厚度对受压变形的影响
首先，对闸阀2—1/16G B NⅠ10M J的闸板进行分
析，通过有限元分析得出同一种闸板不同厚度的变形情 况：
1）改进前闸板厚度42m m，闸板单边厚度7m m， 如图1所示，图2是在10 000psi（1psi=6.895kPa）压力下 闸板的位移量，密封面最外圈从闸板下口开始逆时针方 向测量一周的位移量如图3。
A P I 6A暗杆平板闸阀阀前密封原理：在没有压力 或低压的情况下，通过阀座后的波形弹簧提供预紧力， 推动阀座压向闸板，并与之贴合实现密封，当有压力 时，通过阀座前后形成的密封比压，产生推力，使阀座 向闸板移动并且贴合在入口端实现密封。
一般情况下，闸板的厚度大于设计计算得出的闸 板最小厚度即可，但是由于暗杆平板闸阀闸板中间设计 不通孔以装配阀杆，导致受压时闸板变形量过大。 而 且经过密封试验，这一系列的阀门均在闸板上口出现了 不同程度的泄漏。根据几台样机出现的不同结果，结合 其相应闸板的单边厚度，分析得出，其出现泄漏及泄漏 的程度都与闸板单边厚度有关，故采用C O S M O S有限 元分析与试验相结合的方式来解决这个难点。
度不变时，分析得出的密封面变形位移如图10，最大位 移量为0.044 5m m左右，最小位移为0.027 5m m，相对 位移量为0.017mm。
图10 闸板厚度为66mm，单边厚度为16mm时密封面变形位移 闸板厚度为60m m，单边厚度为13m m密封面宽度
增加1.5m m时分析得出的密封面变形位移如图11，最大 位移量为0.044m m左右，最小位移为0.025m m，相对位 移量为0.019mm。
四、结论
根据以上分析结果，不难看出，影响密封的因素 主要有两个：第一是闸板的厚度，第二是密封面宽度。 尤其是在更高磅级的情况下，密封面的宽度起着比较大 的作用。不仅如此，在改变闸板厚度等因素时，还应将 与之相关联的尺寸也进行相应的改变，不要产生过大的 厚度差。
根据理论分析进行改进的3台样机已经全部试验成 功。因此在设计计算时，闸板的厚度除了要满足计算的 结果之外，还要符合分析结果；密封面的计算不仅要 满足密封比压的要求，还应特殊考虑阀前密封这一特 点。两者结合考虑，可大大改善阀门的密封性能，达到 分析结果满足闸板密封面最外侧的相对变形位移量在 0.015mm左右。
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苏州纽威阀门股份有限公司开发部 （江苏 215129） 耿晓蓉
【摘 要】通过有限元分析以及试验结果结合，分 析了API 6A高磅级暗杆平板闸阀实现阀前密封的技术难 点。
【关键词】高磅级 暗杆闸阀 阀前密封
图7 闸板厚度为60mm，闸板单边厚度12mm时密封面 一周的位移量
同理，闸板厚度为50m m时，最大位移为0.038m m 左右，最小位移为0.014m m左右。相对位移为0.024m m； 厚度为60m m时，最大位移为0.030 1m m左右，最小位 移为0.017mm左右。相对位移为0.013 1mm。
闸板厚度为66m m，单边厚度为16m m，密封面宽 度增加1.5m m时分析得出的密封面变形位移如图12，最 大位移量为0.043m m左右，最小位移为0.027m m，相对 位移量为0.016mm。
图12 闸板厚度为66mm，单边厚度为16mm，密封面宽度增 加1.5mm时分析得出的密封面变形位移
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三、分析阀座密封面宽度对受压变形的 影响
对闸阀3—1/16G B NⅠ15M J的闸板进行分析，理论 分析得知，如果密封面宽度稍微加大，可以增加受压 时闸板的支撑面积，如图8所示，可以减小受压时的变 形，通过有限元分析，得出如下结论。
闸板厚度为60m m，单边厚度为13m m时分析得出 的密封面变形位移如图9，最大位移量为0.047m m左右, 最小位移为0.026mm，相对位移量为0.021mm。
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图8 闸板支撑面积
图11 闸板厚度为60mm，单边厚度为13mm，密封面宽度增加 1.5mm时分析得出的密封面变形位移
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图9 闸板厚度为60mm，单边厚度为13mm时密封面变形位移 闸板厚度为66m m，单边厚度为16m m，密封面宽
图3 密封面一周位移量 分析结果，得出：闸板受压时，闸板上口为变形 即位移最大处，最大位移为0.026m m，闸板左右两侧为 变形即位移最小处，最小位移为0.011m m左右，相对位 移为0.015mm。 2）改进后闸板厚度48m m，闸板单边厚度10m m， 在10 000psi压力下闸板的位移量如图4，图5表示密封面 最外圈从闸板下口开始逆时针方向测量一周的位移量。
图1 改造前闸板
图2 改造前闸板位移量
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时针方向测量。 闸板厚度为50m m，闸板单边厚度7m m时，在
10 000psi压力下密封面最外圈从闸板下口开始逆时针方 向测量一周的位移量如图6，闸板厚度为60m m，闸板 单边厚度12m m时，密封面最外圈从闸板下口开始逆时 针方向测量一周的位移量如图7。
图6 闸板厚度为50mm，闸板单边厚度7mm时密封面 一周的位移量
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图4 改造后闸板位移量
图5 改造后密封面一周位移量 分析结果，得出：闸板受压时，闸板上口为变形 即位移最大处，最大位移为0.020 5m m，闸板左右两侧 为变形即位移最小处，最小位移为0.014m m左右。相对 位移为0.006 5mm。 其次，对闸阀3—1/16G B NⅠ10M J的闸板进行分析, 通过有限元分析得出同一种闸板不同厚度的变形情况， 测量方法同前，从闸板密封面下口开始沿密封圈外圆逆
API 6A阀门磅级大于或等于10 000psi 的阀门属于 高磅级阀门，虽然比较不容易实现，但是在理论分析与 试验相结合的努力下，A P I 6A高磅级暗杆平板阀前密 封类别的阀门设计试验初见成效，已有几台样机试验成 功。但是更多的可能影响暗杆闸阀阀前密封性能的因素 还值得进一步去探讨和研究。
（收稿日期：2009/05/15）
二、分析闸板厚度对受压变形的影响
首先，对闸阀2—1/16G B NⅠ10M J的闸板进行分
析，通过有限元分析得出同一种闸板不同厚度的变形情 况：
1）改进前闸板厚度42m m，闸板单边厚度7m m， 如图1所示，图2是在10 000psi（1psi=6.895kPa）压力下 闸板的位移量，密封面最外圈从闸板下口开始逆时针方 向测量一周的位移量如图3。