閘閥閘板抗拉強度試驗夾具

　　闡述了閘閥閘板故障產(chǎn)生的原因以及對管道系統的影響，探討了國內外標準對閘板抗拉強度的技術(shù)要求，分析了閘板的形體特征及各種抗拉強度試驗方法，介紹了新型閘板抗拉強度試驗夾具。

1、概述

　　閘閥廣泛的應用于各類(lèi)石油和天然氣開(kāi)采等場(chǎng)合，實(shí)現流體介質(zhì)管道開(kāi)啟和關(guān)閉。在工況管道系統中，由于介質(zhì)溫度波動(dòng)導致閥體及閥桿的熱脹冷縮，閘板和閥座長(cháng)期緊密關(guān)閉狀態(tài)導致粘結現象，過(guò)載荷的閘板關(guān)閉力矩等因素，導致閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)閘板和閥桿連接部位會(huì )發(fā)生脫離現象。由于故障發(fā)生在閥體內部，無(wú)法判定閥門(mén)的啟閉狀態(tài)，整個(gè)管道系統不能夠及時(shí)進(jìn)行故障問(wèn)題維修。因此閘閥的檢驗技術(shù)要求既有壓力密封性能，同時(shí)有閘板抗拉強度性能的要求。API 600 -2009、GB/T 12234 -2007 及API 591-2008 等標準提出了對閘板抗拉強度試驗要求，閥桿應設計成在軸向載荷的作用下，閥桿與閘板連接處以及閥門(mén)壓力邊界以?xún)炔糠值拈y桿強度應超過(guò)閥桿操作螺紋根部的強度，若發(fā)生閘板卡塞事故時(shí)，閥桿的損壞應出現在閘閥承壓區域之外，同時(shí)閥桿連接應設計成防止在閥門(mén)使用中閥桿轉動(dòng)或脫離閘板。

2、試驗夾具

　　閘閥閘板具有一定楔度，閘板密封面采用高硬度的合金金屬堆焊，通過(guò)常規平行面夾持方式的拉伸夾具無(wú)法進(jìn)行楔度夾持，并且?jiàn)A塊上用于增大摩擦力的錐度齒尖無(wú)法嵌入高硬度閘板密封面，拉伸過(guò)程中出現滑脫現象。因此通過(guò)液壓萬(wàn)能材料試驗機進(jìn)行閘板抗拉強度試驗時(shí)基本采用3 種方式(圖1) 。第1 種方式是在閘板中間鉆孔，通過(guò)銷(xiāo)軸貫穿進(jìn)行固定。第2 種方式是在閘板的末端焊接一根鋼制圓棒，以方便拉伸試驗機圓柱夾具夾持。第3 種方式是將閘板兩側楔面銑平，然后通過(guò)拉伸平面夾具夾持。

3、試驗分析

　　在實(shí)際的試驗操作過(guò)程中，3 種試驗方式均可完成閘板的抗拉強度試驗，但都對閘板的強度有影響。鉆孔方式對于兩片式的彈性閘板(特別是口徑DN≤50 的彈性閘板) ，通孔會(huì )改變兩片式閘板的結合固定強度。焊接圓棒方式對于高壓力大口徑的閘板焊接過(guò)程工藝繁瑣，圓棒和閥桿的同軸度有一定要求以免拉伸斜位，熱應力也會(huì )對閘板試樣有影響。楔面銑平方式減少了大量厚度會(huì )直接改變閘板整體的強度。另外，兩片式彈性閘板楔面銑平后，用拉伸平面夾具夾持時(shí)，兩側的閘板面由于內部中空沒(méi)有支撐，會(huì )彎曲變形引起滑脫。由于3 種基本的試驗方法閘板均需通過(guò)二次加工才能進(jìn)行抗拉強度試驗，在不同程度上改變了試驗樣品初始狀況，對試驗結果及分析都造成一定的影響。為了完善閘板抗拉強度試驗條件，研制了新型的閘板抗拉強度試驗夾具。

(a) 鉆孔式　(b) 焊接圓棒式　(c) 楔面銑平式

圖1 常用閘板抗拉強度試驗夾持方式

4、工作原理

　　新型的閘板抗拉強度試驗夾具模擬實(shí)際工況閘板關(guān)閉位置時(shí)的抗拉強度性能，能夠適應雙片式彈性和單片式剛性楔式閘板的夾持。夾具( 圖2) 主要由伸縮調整油缸、楔座、伸縮連接桿、硬質(zhì)砧板、固定導向板和合金壓緊夾頭等部件組成，合金壓緊夾頭采用60Si2Mn 材料，有較高的強度、韌性和硬度(≥55HRC) ，通過(guò)研磨工藝使后側的表面粗糙度Ra =0.8μm，淬火溫度870℃，淬火介質(zhì)為油，熱處理回火溫度480℃。硬質(zhì)砧板采用Cr12 材料，通過(guò)研磨工藝使表面粗糙度達到Ra = 0.8μm，具有高強度、較好的淬透性、較高的耐磨性和硬度(≥60HRC) ，淬火溫度1000℃，淬火介質(zhì)為油熱處理。硬質(zhì)砧板兩側用固定導向板嵌入固定于楔座，固定導向板同時(shí)作用于合金壓緊夾頭。通過(guò)伸縮調整油缸帶動(dòng)伸縮連接桿，使合金壓緊夾頭能夠沿著(zhù)硬質(zhì)砧板上下位置調整，滿(mǎn)足不同壓力口徑楔式閘板要求。合金壓緊夾頭的頂端形成一個(gè)5mm 的直角卡口，使得夾持狀態(tài)時(shí)閘板的密封面邊緣能夠嵌入直角卡口進(jìn)行夾持。隨著(zhù)試驗的進(jìn)行，閘板兩側的合金壓緊夾頭沿著(zhù)楔座向內角滑移，愈拉伸夾頭夾持閘板愈緊，同時(shí)直角卡口處也愈向內側夾攏，使閘板不能夠滑脫。

1. 伸縮調整油缸　2. 楔座　3. 伸縮連接桿　4. 硬質(zhì)砧板　5. 固定導向板　6. 合金壓緊夾頭

圖2 閘板抗拉強度試驗夾具(夾持狀態(tài))

5、結語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)多次不同壓力口徑的閘板抗拉強度試驗，新型夾具能夠有效的進(jìn)行楔式閘板夾持，合金壓緊夾頭能夠完全貼合閘板密封面并留下夾持痕跡。夾持狀態(tài)時(shí)閘板的密封面邊緣能夠嵌入直角卡口進(jìn)行夾持，試驗過(guò)程更加模擬實(shí)際工況閘板關(guān)閉位置時(shí)的抗拉強度性能，兩側的合金壓緊夾頭模擬工況下兩側閥座的粘結夾持。由于閘板無(wú)需二次加工就能進(jìn)行抗拉強度試驗，試驗樣品初始狀況得到了保證，試驗效率得到了提升，試驗分析數據更加充分完整，達到了試驗規定要求。

參考文獻

　　[1] GB/T 12234 - 2007，石油、天然氣工業(yè)用螺栓連接閥蓋的鋼制閘閥[S].

　　[2] API 600 - 2009，Steel Gate Valves - Flanged and Butt welding

　　Ends，Bolted Bonnets[S].[3] API 591 - 2008，Process Valve Qualification Procedure[S].