閘閥閘板抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)夾具

2015-10-03 林美浙江省泵閥產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中心

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

1、概述

　　閘閥廣泛的應(yīng)用于各類石油和天然氣開采等場合，實(shí)現(xiàn)流體介質(zhì)管道開啟和關(guān)閉。在工況管道系統(tǒng)中，由于介質(zhì)溫度波動導(dǎo)致閥體及閥桿的熱脹冷縮，閘板和閥座長期緊密關(guān)閉狀態(tài)導(dǎo)致粘結(jié)現(xiàn)象，過載荷的閘板關(guān)閉力矩等因素，導(dǎo)致閥門開啟時(shí)閘板和閥桿連接部位會發(fā)生脫離現(xiàn)象。由于故障發(fā)生在閥體內(nèi)部，無法判定閥門的啟閉狀態(tài)，整個管道系統(tǒng)不能夠及時(shí)進(jìn)行故障問題維修。因此閘閥的檢驗(yàn)技術(shù)要求既有壓力密封性能，同時(shí)有閘板抗拉強(qiáng)度性能的要求。API 600 -2009、GB/T 12234 -2007 及API 591-2008 等標(biāo)準(zhǔn)提出了對閘板抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)要求，閥桿應(yīng)設(shè)計(jì)成在軸向載荷的作用下，閥桿與閘板連接處以及閥門壓力邊界以內(nèi)部分的閥桿強(qiáng)度應(yīng)超過閥桿操作螺紋根部的強(qiáng)度，若發(fā)生閘板卡塞事故時(shí)，閥桿的損壞應(yīng)出現(xiàn)在閘閥承壓區(qū)域之外，同時(shí)閥桿連接應(yīng)設(shè)計(jì)成防止在閥門使用中閥桿轉(zhuǎn)動或脫離閘板。

2、試驗(yàn)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，通過常規(guī)平行面夾持方式的拉伸夾具無法進(jìn)行楔度夾持，并且夾塊上用于增大摩擦力的錐度齒尖無法嵌入高硬度閘板密封面，拉伸過程中出現(xiàn)滑脫現(xiàn)象。因此通過液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行閘板抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)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，通過銷軸貫穿進(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(yàn)機(jī)圓柱夾具夾持。第3 種方式是將閘板兩側(cè)楔面銑平，然后通過拉伸平面夾具夾持。

3、試驗(yàn)分析

　　在實(shí)際的試驗(yàn)操作過程中，3 種試驗(yàn)方式均可完成閘板的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，但都對閘板的強(qiáng)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) ，通孔會改變兩片式閘板的結(jié)合固定強(qiáng)度。焊接圓棒方式對于高壓力大口徑的閘板焊接過程工藝繁瑣，圓棒和閥桿的同軸度有一定要求以免拉伸斜位，熱應(yīng)力也會對閘板試樣有影響。楔面銑平方式減少了大量厚度會直接改變閘板整體的強(qiáng)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(cè)的閘板面由于內(nèi)部中空沒有支撐，會彎曲變形引起滑脫。由于3 種基本的試驗(yàn)方法閘板均需通過二次加工才能進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，在不同程度上改變了試驗(yàn)樣品初始狀況，對試驗(yàn)結(jié)果及分析都造成一定的影響。為了完善閘板抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)條件，研制了新型的閘板抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)夾具。

常用閘板抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)夾持方式

(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(qiáng)度試驗(yàn)夾持方式

4、工作原理

　　新型的閘板抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)夾具模擬實(shí)際工況閘板關(guān)閉位置時(shí)的抗拉強(qiáng)度性能，能夠適應(yīng)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(diào)整油缸、楔座、伸縮連接桿、硬質(zhì)砧板、固定導(dǎo)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(qiáng)度、韌性和硬度(≥55HRC) ，通過研磨工藝使后側(cè)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，通過研磨工藝使表面粗糙度達(dá)到Ra = 0.8μm，具有高強(qiáng)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(cè)用固定導(dǎo)向板嵌入固定于楔座，固定導(dǎo)向板同時(shí)作用于合金壓緊夾頭。通過伸縮調(diào)整油缸帶動伸縮連接桿，使合金壓緊夾頭能夠沿著硬質(zhì)砧板上下位置調(diào)整，滿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。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，閘板兩側(cè)的合金壓緊夾頭沿著楔座向內(nèi)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(nèi)側(cè)夾攏，使閘板不能夠滑脫。

閘板抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)夾具

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

圖2 閘板抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)夾具(夾持狀態(tài))

5、結(jié)語

　　經(jīng)過多次不同壓力口徑的閘板抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，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(yàn)過程更加模擬實(shí)際工況閘板關(guān)閉位置時(shí)的抗拉強(qiáng)度性能，兩側(cè)的合金壓緊夾頭模擬工況下兩側(cè)閥座的粘結(jié)夾持。由于閘板無需二次加工就能進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)樣品初始狀況得到了保證，試驗(yàn)效率得到了提升，試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)更加充分完整，達(dá)到了試驗(yàn)規(guī)定要求。