介紹了快速提升式金屬密封旋塞閥的工作原理、結構特點及產品性能，分析了由液動執行機構通過齒條、齒輪及多線螺紋組成的快速傳動系統。

1、概述

　　快速提升式金屬密封旋塞閥主要用于海上石油鉆井平臺放空管道，其工況系統壓差大，介質沖刷力強，所以真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為金屬密封旋塞閥是最佳選擇。閥門公稱通徑DN300，公稱壓力Class600，閥門啟閉時間小于0. 3s。

2、結構特點

　　2.1、提升旋轉機構

　　由于旋塞閥閥體和旋塞的密封副接觸面積大，且為圓錐形弧面，直接旋轉旋塞90°開啟閥門，其摩擦阻力非常大，所以金屬密封旋塞閥一般設計成旋塞先提升后旋轉的操作結構。提升旋轉機構具有2個手柄( 手輪) ，先用手輪旋轉，將旋塞提升，使旋塞和閥體的密封面脫離，然后再操作手柄旋轉旋塞90°，將閥門開啟( 圖1) 。這種驅動機構結構復雜，若采用電動、氣動或液動等執行機構操作更加麻煩。

圖1 提升式金屬密封旋塞閥

　　快速提升式金屬密封旋塞閥( 圖2) 具有旋塞提升和旋轉一次操作的簡便結構，在閥桿中部安裝一軌道銷，銷的兩端各裝一滾針軸承可在支架的導向槽內滾動，所以閥桿的運動軌跡受支架導向槽的限制。支架的導向槽對稱分布在支架的兩側，每根均加工有直槽和90°旋轉的螺旋槽。閥桿在作升降運動時，受到軌道銷和滾針軸承的限制閥桿先沿直槽上升，然后沿螺旋槽旋轉90°。閥桿和旋塞通過T形槽連接，作同步運動，就能實現旋塞先提升后旋轉的運動，使旋塞開啟省力。

　　2.2、支撐座

　　在旋塞的上、下端部分別設計了支撐座。上、下支撐座可將介質作用在旋塞上的徑向力傳遞到閥體的上、下部位。支撐座的內孔( 導向孔) 與旋塞上、下導向軸發生周向和軸向摩擦，由于支撐座的內孔尺寸較小，其摩擦力較小，使閥門啟閉力矩減小。

　　2.3、快速操作機構

　　按工況系統要求閥門的啟閉時間小于0.3s，按照通常的機械液壓傳動，是很難實現的�？焖偬嵘�式金屬密封旋塞閥采用快速液壓油缸和多線短牙梯形螺紋傳動。

　　首先計算閥門開啟時，閥桿帶動旋塞垂直上升的距離，這個距離由3 部分尺寸組成。①在旋塞提升時，其密封面與閥體密封面分離，二者徑向間隙約為1.7mm，旋塞的垂直上升距離應為20mm。②支架導向螺旋槽的中徑為Φ85mm，經計算，閥桿旋轉90°時的直線上升距離為25mm。③螺旋導向槽的頂端具有一段直槽。為了使閥桿穩定并提高抗振效果，滾針軸承還應上升進入直槽約5mm，實現閥門的全部開啟。

圖2 快速提升式金屬密封旋塞閥

　　閥門從關閉狀態到全部開啟，閥桿的垂直上升距離為50mm，即液壓驅動機構在0.3s 內使閥桿直線上升距離為50mm。為了使閥門在0.28s 內完成動作，設計和計算動力源( 驅動油缸) 的內徑Φ200mm，油壓22MPa，產生的推力為690kN，可以滿足旋塞開啟時所需的力。

　　液壓驅動機構的齒條和齒輪模數為3mm。齒輪的齒數為17，齒輪旋轉1 圈，齒條的行程是53.38mm。齒輪和閥桿螺母固為一體，齒輪旋轉一圈，閥桿螺母同時旋轉1 圈，閥桿螺母會帶動閥桿作升降運動。閥桿采用短牙梯形螺紋( DIN380) ，牙槽淺，牙根強度高，傳遞軸向力大。閥桿螺紋設計為DTr60 × 54( P9) ( 6 頭短牙梯形螺紋) 。閥桿螺母轉1 圈，閥桿的軸向行程為1 個導程(54mm) 。閥門開啟時，閥桿軸向行程為50mm，所以只需要齒輪或閥桿螺母在0. 28s 內旋轉1 圈即可。為保證齒輪在0. 28s 內旋轉1 圈，要求齒條( 即油缸內活塞) 在0.28s 內移動53. 38mm。由計算可知，油缸的進油量在0.28s 內為1.68L，進油管的電磁閥額定流量應大于360L /min。目前，市場提供的最大高壓液控電磁閥的額定流量為100L /min，所以應在油缸上安裝4 只電磁閥，即進口端和出口端均需安裝ZG1 /2高壓管接頭4 只。

　　2.4、緩沖減振機構

　　為了防止快速操作機構動作引起的沖擊振動，閥門除了油缸活塞具有節流緩沖功能外，在支架的螺旋導向槽下端設計了圓柱形橡膠阻尼減振柱( 圖3) ，既減小噪聲，又可防止因撞擊而損壞傳動件。

圖3 緩沖減振結構

3、結語

　　快速提升式金屬密封旋塞閥既適合高壓差工況，又滿足快速啟閉切斷閥的功能要求，將在海上石油鉆井平臺發揮重要作用。