1．前言
API 6A井口暗杆閘閥是海上、陆地石油天然气钻采和生产的系统重要部件，对石化行业的发展起着举足轻重的作用。目前能源短缺促使世界各国都加大石油天然气勘探、开发力度。我国为了确保能源安全、满足国民经济日益增长的需要，近年来在石油及化工工业上的投资更是大幅上升，特别是海上油气田勘探开发、天然气的勘探开发。从而增大石油钻采设备的需求，促进我国石油钻采设备制造业的发展。但是，由于API 6A井口暗杆閘閥在设计和制造技术上与国外仍有较大的差距，高质量或关键部位的閥門一直依赖进口。当今世界APl 6A井口暗杆閘閥居领先地位的是美国喀麦隆公司的井口阀，在借鉴喀麦隆公司井口暗杆閘閥技术的基础上，设计出API 6A井口暗杆閘閥。
2．結構特點
API 6A井口暗杆閘閥(参见图1)主要由阀体、阀座、闸板、阀杆、波纹弹簧、阀盖、填料、轴承、轴承支架、压帽、手轮等零部件组成，如图1所示。阀杆轴向由轴承支架和轴承定位，阀杆下端由梯形螺纹与闸板相连接。
2．1 整体式闸板结构
采用整體式閘板結構，可防止管線中的沈澱物進入閥體內腔。並在閘板上開有圓形導流孔，孔徑與閥座及管道的通徑一致。在閥門全开启时，流体流过的阻力最小。由于流畅的、无间断的导流，免除产生紊流，与流过相同通径的管道相比，压降并不增加，这对注气流程的节能是有利的，閥門全开启时，闸板所具有的全通径的特点，使井下工具、仪器通过时，不发生挂卡，阀的密封面避免受损伤，又免受介质流速的冲蚀。在阀全开时，闸板与阀座始终贴合，阻断了脏物进入阀腔的通道，并能起到清扫密封面的作用，使密封面不易附着稠油中的磨砺性砂粒。
2.2 浮动阀座结构
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，以防止實際工作時産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 止推轴承
閥杆螺母采用高承載能力的2個止推軸承用來吸收閘板開啓和關閉時的載荷，從而將操作手輪的轉矩降至最低。
2.4 导向板
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 暗杆式阀杆结构
阀杆采用暗杆式结构，这样可以保证閥門作业时不会导致内腔压力的上升并且不会转移内腔里装填的润滑脂。
2．6 洞滑脂注塑接头
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，潤滑脂接頭位于閥杆後座的下遊側面起到安全作用，該運用便于針對閥體內腔進行所有必要的潤滑處理。
2．7 密封副表面硬化处理
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井口暗杆閘閥通过扳动手轮来转动阀杆，由阀杆与闸板间的梯形螺纹传动副来实现闸板的上下运动，从而操作閥門的开和关。阀座均采用浮动对称结构。在全开状态时，进出口压力相等，阀座与阀体问的波纹弹簧能使闸板和阀座自动回正。在全关状态下，高压介质将闸板推向出口端使阀座形成密封。同时入口端阀座在高压介质和弹簧推力的共同作用下，被推向闸板并达到必须的密封比压，实现密封。
4．設計計算
4．1 壳体强度
考慮到井口裝置在正常生産情況下，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，故將其視爲靜載荷。
閘閥的结构如图l所示，其计算公式选用高压容器厚壁圆筒强度理论计算，无外压力，受力情况如图3所示。
按照ASME鍋爐和壓力容器規範第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(計算結果如爲負值則表明該處爲壓應力)，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]爲合格。
4．2 阀板厚度校核
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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