罐式集装箱组合排放阀的设计
来源:阀门 作者:张晓忠 陈佑军 杜仁飞 发布时间:2014-6-9 阅读:次
  

摘要:
介绍了罐式集装箱组合排放阀的结构特点和工作原理,阐述了主要部件的设计要求、计算方法和材料选用。

关键词:
排放阀 罐式集装箱 组合 多重密
1.概述
  罐式集装箱是一种专用于装运液体货物的集装箱。装货时货物由罐式集装箱顶部装料孔进入, 卸货时则通常由罐式集装箱底排料孔排出。在排料孔处安装有罐式集装箱用排放阀,该阀门承担开关作用。由于罐式集装箱多用于海陆联运,因此在长途远洋海陆运输中, 排放阀的密封性能和抗震防松功能使其成为罐式集装箱的关键控制装置。常用成套的罐式集装箱排放阀主要有专用型底阀、蝶阀球阀等,目前还主要依靠从国外进口。为进一步满足罐式集装箱排放阀的特殊密封性能要求,设计了一种新型的罐式集装箱组合排放阀。

2.
结构原理
  国外罐式集装箱用排放阀按罐式集装箱类别划分:对于非危险性物料可以采用单个蝶阀球阀作排放阀,对于危险品物料多用二个排料阀门串联作排放阀。新型罐式集装箱组合排放阀(图1)是在单个阀门上设置了多重密封结构, 替代多个排料阀的串联组合。组合排放阀由阀体、主阀瓣、主阀瓣密封圈、定位弹簧、弹簧定位机构、主阀瓣顶开机构、阀板、阀座、阀座密封圈、阀板开关机构、限位扳手、端盖、防护盖和防护盖垫片等零件组成,载货时,罐式集装箱组合排放阀处于关闭状态,需卸货时先卸下防护盖,再将阀板打开,最后经主阀瓣顶开机构顶开主阀瓣排放罐式集装箱中物料。

图1 罐式集装箱组合排放阀

 
3. 结构设计
3.1阀门主体结构
  阀门承压主体是由阀体与端盖通过螺栓连接组成,阀体与罐式集装箱采用法兰连接,法兰执行ISO、BS等国际标准或企业标准,其中ISO9669《系列1集装箱 罐式集装箱接口》规定的接口法兰结构见图2,接口各部位尺寸见表1,接口法兰的最小厚度见表2;端盖上的排出口采用外螺纹连接,螺纹为BSP接口。阀体壳体最小壁厚符合ASME等标准规定或企业规定或设计计算(见3.5阀体壁厚计算)。阀体与罐式集装箱连接角度α有30°、45°、90°等几种。
 
图2 法兰
3.2密封结构
  阀门的密封通过设置的三道密封副来完成。第一道密封副由阀体进口处本体上的球形密封面与主阀瓣上的主阀瓣密封圈组成,该密封副在定位弹簧的弹性力和罐式集装箱内工作介质压力共同作用下实现密封,具有内压自封的特点即压力越高密性能越好,起主要的密封作用;第二道密封副在阀体中部通道中,由扳手和阀杆作用下的阀板与阀座密封圈组成,该密封副可以有效地密封住当第一道密封失效造成的泄漏介质,起副密封作用;第三道密封副由端盖出口处的防护盖与防护盖垫片组成,该密封副可以防止目视难以观察到的微量泄漏现象发生,同时还能防止外界杂物进入阀体造成危害,起辅助密封作用。多道密封副组成的多重密封系统使组合排放阀具有可靠的密封性能。另外,在第一道密封副的主阀瓣上设置了定位弹簧和弹簧定位机构,该定位弹簧不仅可以持续不断地对主阀瓣施加密封压力以保证在不同压力工况下均能严密密封,而且与弹簧定位机构配合作用将主阀瓣定位在关闭位置而不受震动的影响,使主阀瓣密封副具有抗震防松的性能。
3.3主阀瓣顶开机构
  主阀瓣顶开机构(图3)由顶杆、凸轮、阀杆和扳手等零件组成,正常情况下主阀瓣均处于常关位置,需要开启时将主阀瓣顶开机构中的扳手旋转109°至限位位置时则阀门处于全开位置,此时阀门具有最大流通面积。一旦松开扳手, 阀门将会自动关闭

图3 主阀瓣顶开机构
 
3.4阀板开关机构
  阀板开关机构由上阀杆、下阀杆、定位扳手等组成,主要起控制阀板开关作用。在开关机构的定位扳手处设置了带定位标记的定位锁闭装置。定位锁闭装置在阀板全开位置时还允许在不将组合排放阀从罐式集装箱上拆下就可在线维修或清洗阀座和阀座密封圈等内件,从而使组合排放阀具有在线维修的功能。
3.5阀体壁厚
阀体壁厚SB在标准中无法查找时按第四强度理论计算。
式中 -----理论计算壁厚, mm
P-----计算压力(P=PN),MPa
DN-----阀体中腔最大内径, mm
〔 〕-----材料的许用拉应力, MPa
C------腐蚀余量, mm
选取实际壁厚S≥SB 。腐蚀余量C不仅应考虑制造偏差、工艺偏差和介质腐蚀等因素,还应考虑承受运输工况所出现的惯性力及动态状况下的不稳定因素。
3.6密封副
阀体与主阀瓣密封圈密封副采用软-硬配对,阀体本体上设置了金属密封面,主阀瓣上的主阀瓣密封圈采用非金属材料,软-硬配对的密封副具有优良的密封性能。由于该产品为排放用,阀门出口处外部应无压力,所以密封比压q应满足
q=QMz/  (DMw+DMN) bM
QMz= QMJ +QMF
QMJ=(π/4)(DMN+bM)2 P
QMF=(π/4)(DMw2-DMN2)(1+fM/tan )qMF
式中QMz ----密封面上总作用力,MPa
QMJ----密封处介质作用力,N
DMw-----密封面外径,mm
DMN-----密封面内径,mm
α------密封面与球面接触半角
bM------密封面宽度,mm
P-------介质工作压力,MPa
QMF -----密封面上密封力,N
fM------密封面摩擦因数,关闭时为0.05, 开启时为0.15
qMF-----密封面必须比压,MPa
密封面材料为聚四氟乙烯 ,MPa,
密封面材料为中等硬度橡胶 ,MPa,
当密封面上实际工作的比压q满足qMF≤ q <〔q〕,密封符合要求。〔q〕为密封面材料许用比压
由于阀门的严密关闭在常压下是依靠定位弹簧的弹簧力作预紧密封力,因此还须验算弹簧力作用下的密封比压:
当P =0时,QMT≥(π/4)(DMw2-DMN2)(1+fM/tan )qMF
当P >0时,(QMJ+ QMT)<(π/4)(DMw2-DMN2)(1+fM/tan )〔q〕
式中:QMT-----定位弹簧预紧力, N
QMT=F1 Gd4/8nD23, N
4.材料选用
  国内外广泛使用的集装箱按其主要材料分类大致有:1.钢制集装箱;2.铝制集装箱;3.不锈钢制集装箱;4.玻璃钢制集装箱。由于罐式集装箱是属于一种移动式压力容器,装运货物多为危险有毒或易燃易爆的危险介质,在运输途中常受各种外力的作用和环境的影响,并且考虑到因外界温度的大幅度变化、大气的腐蚀以及火灾时出现排放失控等因素,因此其制造材料一般选用不锈钢制作。罐式集装箱组合排放阀与罐箱选材一样,选用奥氏体不锈钢材料,如304SS、316SS、CF8、CF8M等材料。
5. 结语
  当前随着国际运输业的需求,罐式集装箱作为油、气、化学制剂等非固态物资的主要贮运设备得到快速发展,现己成为国内外货物运输的一种主要手段。排放阀作为罐式集装箱的关键控制装置,要求具有优良的密封性能和抗震防松功能。新型的罐式集装箱组合排放阀设计了多重密封结构,实现了单个阀门就具有多个排料阀的功能,可适用于各类罐式集装箱,尤其是适用于强腐蚀性或有毒化学物品等危险介质的危险货物罐式集装箱和亚危险货物罐式集装箱,可实现安全、环保的长途远洋海陆运输要求。

本文Tag:排放阀、罐式集装箱、组合、多重密
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