1．前言
API 6A井口暗桿閘閥是海上、陸地石油天然氣鉆采和生產的系統重要部件，對石化行業的發展起著舉足輕重的作用。目前能源短缺促使世界各國都加大石油天然氣勘探、開發力度。我國為了確保能源安全、滿足國民經濟日益增長的需要，近年來在石油及化工工業上的投資更是大幅上升，特別是海上油氣田勘探開發、天然氣的勘探開發。從而增大石油鉆采設備的需求，促進我國石油鉆采設備制造業的發展。但是，由于API 6A井口暗桿閘閥在設計和制造技術上與國外仍有較大的差距，高質量或關鍵部位的閥門一直依賴進口。當今世界APl 6A井口暗桿閘閥居領先地位的是美國喀麥隆公司的井口閥，在借鑒喀麥隆公司井口暗桿閘閥技術的基礎上，設計出API 6A井口暗桿閘閥。
2．結構特點
API 6A井口暗桿閘閥(參見圖1)主要由閥體、閥座、閘板、閥桿、波紋彈簧、閥蓋、填料、軸承、軸承支架、壓帽、手輪等零部件組成，如圖1所示。閥桿軸向由軸承支架和軸承定位，閥桿下端由梯形螺紋與閘板相連接。
2．1 整體式閘板結構
采用整體式閘板結構，可防止管線中的沉淀物進入閥體內腔。并在閘板上開有圓形導流孔，孔徑與閥座及管道的通徑一致。在閥門全開啟時，流體流過的阻力最小。由于流暢的、無間斷的導流，免除產生紊流，與流過相同通徑的管道相比，壓降并不增加，這對注氣流程的節能是有利的，閥門全開啟時，閘板所具有的全通徑的特點，使井下工具、儀器通過時，不發生掛卡，閥的密封面避免受損傷，又免受介質流速的沖蝕。在閥全開時，閘板與閥座始終貼合，阻斷了臟物進入閥腔的通道，并能起到清掃密封面的作用，使密封面不易附著稠油中的磨礪性砂粒。
2.2 浮動閥座結構
浮動閥座結構設計，閥座與閘板組成的密封副能否有效的密封，很大程度上取決于閥座能否浮動，閥座浮動是指閥座對閘板的軸向浮動以及閥座對閥體的徑向浮動，浮動量(即間隙)要大于材料的熱膨脹量，以防止實際工作時產生閥座與閥體之間的擦傷，以及防止閥座被卡死在閥體上，但要注意預留的徑向間隙不能過大，過大會影響閘板與閥座密封面的貼合度，采用圖2所示的結構，在閥座與閥體之間設置一個具有伸縮補償性能高的波紋彈簧，這是一種非常實用的結構，它既能使閥座實現軸向浮動，又能實現徑向浮動，保證工作時閥座不被卡死，而且仍能使閥座與密封面的貼合得以保證，使閥座帶有預緊力，從而使閥座和閘板間在低壓力時也可以保持良好的密封性能。
2.3 止推軸承
閥桿螺母采用高承載能力的2個止推軸承用來吸收閘板開啟和關閉時的載荷，從而將操作手輪的轉矩降至最低。
2.4 導向板
在閥座上裝有能容納閘板的導向板，導向板的采用，排除了閘板歪斜的可能性。
2．5 暗桿式閥桿結構
閥桿采用暗桿式結構，這樣可以保證閥門作業時不會導致內腔壓力的上升并且不會轉移內腔里裝填的潤滑脂。
2．6 洞滑脂注塑接頭
本體填充物潤滑脂是通過單一的注塑來實現的，金屬對金屬密封，潤滑脂接頭位于閥桿后座的下游側面起到安全作用，該運用便于針對閥體內腔進行所有必要的潤滑處理。
2．7 密封副表面硬化處理
閥座和閘板采用膨脹系數相同或相近的材料，這對密封副的表面采用噴焊鎳基合金粉，具有良好的抗腐蝕、抗擦傷性能。
3．工作原理
API 6A井口暗桿閘閥通過扳動手輪來轉動閥桿，由閥桿與閘板間的梯形螺紋傳動副來實現閘板的上下運動，從而操作閥門的開和關。閥座均采用浮動對稱結構。在全開狀態時，進出口壓力相等，閥座與閥體問的波紋彈簧能使閘板和閥座自動回正。在全關狀態下，高壓介質將閘板推向出口端使閥座形成密封。同時入口端閥座在高壓介質和彈簧推力的共同作用下，被推向閘板并達到必須的密封比壓，實現密封。
4．設計計算
4．1 殼體強度
考慮到井口裝置在正常生產情況下，其壓力是相對穩定的壓力，也就是筒體內所承受的是變化緩慢的壓力，故將其視為靜載荷。
閘閥的結構如圖l所示，其計算公式選用高壓容器厚壁圓筒強度理論計算，無外壓力，受力情況如圖3所示。
按照ASME鍋爐和壓力容器規范第Ⅷ卷第2冊附錄4所敘述的設計方法，可用于承壓裝置的設計計算，設計許用應力按下式確定：
式中：ST——靜水壓試驗壓力下的最大許用主膜應力強度，MPa；
SY——材料規定的最小屈服強度，MPa。
分別計算I—I截面和Ⅱ—Ⅱ截面的徑向應力及切向應力，計算公式如下：
式中：σr——徑向應力，MPa；
P——工作壓力，MPa；
R2——閥體外圓半徑，mm；
K——管徑比，K=R2/R1；
r=R1(考慮到該處承受應力最大)；
R1——閥體內孔半徑，mm。
式中：σt——切向應力，MPa。
根據上述公式的計算結果(計算結果如為負值則表明該處為壓應力)，其最薄弱截面的徑向應力σr和切向應力σt均小于許用應力[σ]為合格。
4．2 閥板厚度校核
按周邊自由支持，受均布載荷的圓形薄板公式計算如下：
式中：SB——閘板厚度，mm；
μ——材料的泊松比；
Dcp——密封面平均直徑，mm；
P——工作壓力，MPa；
(σω)——材料的許用彎曲應力，按下式求得，MPa。
式中：SY——材料的屈服強度值，MPa；
ns——安全系數通常取2～2.3，在計算中ns=2.3。
未完，待續……
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