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://203scouts.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。快速提升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。