Válvulas de tapón con asiento metálico de elevación rápida
Se presentan el principio de funcionamiento, las características estructurales y el rendimiento del producto de la válvula de tapón con asiento metálico de elevación rápida, y los sistemas de transmisión rápida están compuestos por actuadores hidráulicos a través de cremalleras, engranajes y roscas multihilo.
1. Descripción general
La válvula de tapón con asiento metálico de elevación rápida se utiliza principalmente para ventilar tuberías de plataformas petrolíferas marinas. En condiciones de trabajo, la diferencia de presión del sistema es grande y el medio presenta una gran erosión. Se considera que la válvula de tapón con asiento metálico es la mejor opción. El diámetro nominal de la válvula es DN300; la presión nominal es de clase 600, y el tiempo de apertura y cierre de la... es menos de 0,3 segundos.
2. Características estructurales
2.1. Mecanismo de elevación y rotación
La resistencia a la fricción es muy alta cuando la llave gira directamente 90° para abrirla, debido a la gran área de contacto entre el cuerpo de la válvula y el par de sellado, y a la superficie cónica del arco. Por lo tanto, la válvula de llave con asiento metálico generalmente tiene un diseño de elevación y rotación. El mecanismo de elevación y rotación consta de dos manivelas. Primero, se gira la manivela para levantar la llave, separando la superficie de sellado de la llave y el cuerpo de la válvula, y luego se acciona la manivela para girar la llave 90° para abrir la válvula (Figura 1). Este tipo de mecanismo de accionamiento tiene una estructura compleja y su manejo es más complejo si se utilizan actuadores eléctricos, neumáticos o hidráulicos.
Figura 1 Elevación de válvulas de tapón con asiento metálico
La válvula de tapón con asiento metálico de elevación rápida (Figura 2) presenta una estructura sencilla que permite levantar y girar el tapón una sola vez. Un pasador guía se instala en el centro del vástago de la válvula, y un rodamiento de agujas se instala en ambos extremos del pasador para rodar en la ranura guía del soporte. Por lo tanto, el movimiento del vástago de la válvula está limitado por la ranura guía del soporte. Las ranuras guía del soporte están distribuidas simétricamente a ambos lados del soporte, cada una con una ranura recta y una ranura espiral rotada con un ángulo de 90°. Cuando el vástago de la válvula se mueve hacia arriba y hacia abajo, está limitado por el pasador guía y el rodamiento de agujas. El vástago de la válvula primero asciende por la ranura recta y luego gira 90° por la ranura espiral. El vástago de la válvula y la llave están conectados mediante una ranura en forma de T y se mueven sincronizados, de modo que la llave se puede levantar primero y girar después, lo que permite abrirla con menos esfuerzo.
2.2. Asientos de apoyo
Los asientos de apoyo están diseñados en los extremos superior e inferior de la válvula. Estos asientos transmiten la fuerza radial del fluido que actúa sobre la válvula a las partes superior e inferior del cuerpo de la válvula. El orificio interior (orificio guía) del asiento de apoyo presenta fricción circunferencial y axial con los ejes guía superior e inferior de la válvula. La fuerza de fricción es pequeña debido al pequeño tamaño del orificio interior del asiento de apoyo, lo que reduce el par de apertura y cierre de la válvula.
2.3. Mecanismo de accionamiento rápido
Según las condiciones de trabajo, el sistema requiere un tiempo de apertura y cierre de la válvula inferior a 0,3 s, lo cual es difícil de lograr con la transmisión hidráulica mecánica habitual. La válvula de tapón con asiento metálico de elevación rápida utiliza un cilindro hidráulico rápido y una transmisión multilínea de rosca trapezoidal de dientes cortos.
Calcule la distancia que el vástago de la válvula impulsa al grifo a elevarse verticalmente cuando la válvula está abierta. Esta distancia se compone de tres partes. ① Cuando se levanta el grifo, su superficie de sellado se separa de la superficie de sellado del cuerpo de la válvula, y el espacio radial entre ambos es de aproximadamente 1,7 mm. La distancia de elevación vertical del grifo debe ser de 20 mm. ② El diámetro medio de la ranura helicoidal guía del soporte es de 85 mm. Después del cálculo, la distancia recta hacia arriba del vástago de la válvula cuando gira en un ángulo de 90 es de 25 mm. ③ La parte superior de la ranura guía espiral tiene una sección de la ranura recta. Para estabilizar el vástago de la válvula y mejorar el efecto antivibración, el rodamiento de agujas también debe elevarse en la ranura recta unos 5 mm para lograr la apertura completa de la válvula.
Figura 2 Válvulas de tapón con asiento metálico de elevación rápida
1. Descripción general
La válvula de tapón con asiento metálico de elevación rápida se utiliza principalmente para ventilar tuberías de plataformas petrolíferas marinas. En condiciones de trabajo, la diferencia de presión del sistema es grande y el medio presenta una gran erosión. Se considera que la válvula de tapón con asiento metálico es la mejor opción. El diámetro nominal de la válvula es DN300; la presión nominal es de clase 600, y el tiempo de apertura y cierre de la... es menos de 0,3 segundos.
2. Características estructurales
2.1. Mecanismo de elevación y rotación
La resistencia a la fricción es muy alta cuando la llave gira directamente 90° para abrirla, debido a la gran área de contacto entre el cuerpo de la válvula y el par de sellado, y a la superficie cónica del arco. Por lo tanto, la válvula de llave con asiento metálico generalmente tiene un diseño de elevación y rotación. El mecanismo de elevación y rotación consta de dos manivelas. Primero, se gira la manivela para levantar la llave, separando la superficie de sellado de la llave y el cuerpo de la válvula, y luego se acciona la manivela para girar la llave 90° para abrir la válvula (Figura 1). Este tipo de mecanismo de accionamiento tiene una estructura compleja y su manejo es más complejo si se utilizan actuadores eléctricos, neumáticos o hidráulicos.
Figura 1 Elevación de válvulas de tapón con asiento metálico
La válvula de tapón con asiento metálico de elevación rápida (Figura 2) presenta una estructura sencilla que permite levantar y girar el tapón una sola vez. Un pasador guía se instala en el centro del vástago de la válvula, y un rodamiento de agujas se instala en ambos extremos del pasador para rodar en la ranura guía del soporte. Por lo tanto, el movimiento del vástago de la válvula está limitado por la ranura guía del soporte. Las ranuras guía del soporte están distribuidas simétricamente a ambos lados del soporte, cada una con una ranura recta y una ranura espiral rotada con un ángulo de 90°. Cuando el vástago de la válvula se mueve hacia arriba y hacia abajo, está limitado por el pasador guía y el rodamiento de agujas. El vástago de la válvula primero asciende por la ranura recta y luego gira 90° por la ranura espiral. El vástago de la válvula y la llave están conectados mediante una ranura en forma de T y se mueven sincronizados, de modo que la llave se puede levantar primero y girar después, lo que permite abrirla con menos esfuerzo.
2.2. Asientos de apoyo
Los asientos de apoyo están diseñados en los extremos superior e inferior de la válvula. Estos asientos transmiten la fuerza radial del fluido que actúa sobre la válvula a las partes superior e inferior del cuerpo de la válvula. El orificio interior (orificio guía) del asiento de apoyo presenta fricción circunferencial y axial con los ejes guía superior e inferior de la válvula. La fuerza de fricción es pequeña debido al pequeño tamaño del orificio interior del asiento de apoyo, lo que reduce el par de apertura y cierre de la válvula.
2.3. Mecanismo de accionamiento rápido
Según las condiciones de trabajo, el sistema requiere un tiempo de apertura y cierre de la válvula inferior a 0,3 s, lo cual es difícil de lograr con la transmisión hidráulica mecánica habitual. La válvula de tapón con asiento metálico de elevación rápida utiliza un cilindro hidráulico rápido y una transmisión multilínea de rosca trapezoidal de dientes cortos.
Calcule la distancia que el vástago de la válvula impulsa al grifo a elevarse verticalmente cuando la válvula está abierta. Esta distancia se compone de tres partes. ① Cuando se levanta el grifo, su superficie de sellado se separa de la superficie de sellado del cuerpo de la válvula, y el espacio radial entre ambos es de aproximadamente 1,7 mm. La distancia de elevación vertical del grifo debe ser de 20 mm. ② El diámetro medio de la ranura helicoidal guía del soporte es de 85 mm. Después del cálculo, la distancia recta hacia arriba del vástago de la válvula cuando gira en un ángulo de 90 es de 25 mm. ③ La parte superior de la ranura guía espiral tiene una sección de la ranura recta. Para estabilizar el vástago de la válvula y mejorar el efecto antivibración, el rodamiento de agujas también debe elevarse en la ranura recta unos 5 mm para lograr la apertura completa de la válvula.
Figura 2 Válvulas de tapón con asiento metálico de elevación rápida
1. Vástagos de válvulas 2. Pasadores de oruga 3. Columnas de amortiguador 4. Soportes 5. Tapas de válvulas 6. Asientos de soporte superiores 7. Grifos 8. Cuerpos de válvulas 9. Asientos de soporte inferiores
Desde el estado cerrado hasta la apertura completa de la válvula, la elevación vertical del vástago es de 50 mm. Esto significa que el mecanismo de accionamiento hidráulico eleva el vástago linealmente en 0,3 s hasta una distancia de 50 mm. Para que la válvula complete su acción en 0,28 s, el diámetro interior de la fuente de alimentación (cilindro de accionamiento) es de 200 mm; la presión de aceite es de 22 MPa y el empuje generado es de 690 kN, lo que permite alcanzar la fuerza necesaria para la apertura de la válvula.
El módulo de la cremallera y el piñón del mecanismo de accionamiento hidráulico es de 3 mm. El número de dientes del engranaje es 17; el engranaje gira una vuelta y la carrera de la cremallera es de 53,38 mm. El engranaje y la tuerca del vástago de la válvula están fijados como un todo. Cuando el engranaje gira una vuelta, la tuerca del vástago de la válvula gira una vuelta al mismo tiempo. La tuerca del vástago de la válvula impulsará el vástago de la válvula para moverse hacia arriba y hacia abajo. El vástago de la válvula adopta una rosca trapezoidal de diente corto (DIN380), con raíz de diente de alta resistencia y gran transmisión de fuerza axial. El diseño de la rosca del vástago de la válvula es DTr60 × 54 (P9) (6 roscas trapezoidales de paso corto). Cuando la tuerca del vástago gira 1 vuelta, la carrera axial del vástago es de 54 mm. Cuando la válvula está abierta, la carrera axial del vástago de la válvula es de 50 mm, por lo que el engranaje o la tuerca del vástago solo necesita girar 1 vuelta en 0,28 s. Para asegurar que el engranaje gire una vuelta en 0,28 s, la cremallera (el pistón del cilindro) debe moverse 53,38 mm en 0,28 s. El cálculo muestra que el volumen de entrada de aceite del cilindro es de 1,68 L en 0,28 s, y el caudal nominal de la electroválvula del tubo de entrada de aceite debe ser superior a 360 L/min. Actualmente, el caudal nominal de la electroválvula de control hidráulico de alta presión más grande del mercado es de 100 L/min, por lo que se deben instalar 4 electroválvulas en el cilindro de aceite, es decir, 4 juntas de tubería de alta presión ZG1/2 en la entrada y la salida.
2.4. Mecanismo de reducción de vibraciones y amortiguación
Para evitar la vibración de impacto causada por la acción del mecanismo de operación rápida, además de la limitación y amortiguación del pistón del cilindro de aceite, se diseña una columna cilíndrica de amortiguación y absorción de impactos de caucho (Figura 3) en el extremo inferior de la ranura guía en espiral del soporte, que no solo reduce el ruido, sino que también puede prevenir daños a las piezas de transmisión debido al impacto.
1. Pasadores de oruga 2. Cojinete de agujas 3. Columna de amortiguación 4. Soportes
Figura 3 Estructura de amortiguación y reducción de vibraciones
3. Conclusión
La válvula de tapón con asiento de metal de elevación rápida no solo es adecuada para condiciones de diferencial de alta presión, sino que también cumple con los requisitos funcionales de las válvulas de cierre de apertura y cierre rápidos y desempeñará un papel importante en las plataformas de perforación petrolera en alta mar.
3. Conclusión
La válvula de tapón con asiento de metal de elevación rápida no solo es adecuada para condiciones de diferencial de alta presión, sino que también cumple con los requisitos funcionales de las válvulas de cierre de apertura y cierre rápidos y desempeñará un papel importante en las plataformas de perforación petrolera en alta mar.
