进口气动楔式闸阀快速启闭的使用要求，设计了大型三缸双作用气缸和手动 液压泵操作机构，给出了超大型气缸计算内容、加工过程和安装方法

进口气动楔式闸阀是石油化工行业应用最多的阀类，其操纵机构有手动、电动、气动等方式。某工程用气动带手动楔式闸阀，最大通径为DN900，压力Class600，不仅防爆等级要求高，而且要求阀门在3min 内全开。由于楔式闸阀在开启瞬间，执行机构要克服闸板和阀座的静摩擦，提升力很大。阀门开启后，其提升力明显降低，所以，执行机构采用活塞式气缸。设计２个增力气缸，活塞行程为80~100mm， 工作气缸的活塞行程为855mm。手动操作机构可 采用伞齿轮机构或手动液压泵机构，因伞齿轮机构 需要增加二级正齿轮减速箱，速比大于30才能正常操作。手动、气动转换机构比较复杂，所以采用了手动液压泵提升油缸系统。

高压大口径楔式闸阀的结构主要包括阀门、气动传动系统和手动操作系统（图 １）。

                    图 １ 高压大口径楔式闸阀

2.1技术要求

（１）阀门在高压差或关闭时压差等于最高工作压力（6.4MPa）的120％时，阀门仍能保持稳定地关闭，并能够迅速地开启。
（２）气源压力降低至0.4ＭＰａ时执行机构能正常工作。
（３）开启时间≤180s。

（４）带手动操作。⑤阀门开启推力计算值为2388KN 。若设计选用单缸双作用气缸，则气缸直径≥3080mm。为了减小气缸直径，设计了三缸双作用气动执行机构。
2.2　执行机构
气动执行机构主要由气缸体（３个）、活塞杆、下活塞、中活塞、上活塞、气缸座、气缸盖、下隔环、中隔环及连接上、下阀杆的接头螺母，以及将下活塞、中活塞连为一体的下活塞套和锁紧螺母等组成。气缸座和气缸盖均有１个进（出）气螺孔，下隔环和中隔环各有２个进（出）气螺孔，内部各设有向上、向下的通气孔。从下往上排列，３个气缸体形成 ３个气缸室Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，２个增压气缸行程为 80~100mm， 工作气缸行程为855mm。
2.3　活塞
下活塞的结构设计比较特殊（图２），下活塞内孔部分带一个管状颈部，与中活塞通过凸肩和锁紧螺母固为一体，能够同步升降。下活塞的内孔安装有下活塞套，下活塞套由套筒和盖帽两部分焊成一体，其外圆和下活塞的内孔滑动配合，其内孔和活塞杆滑动配合，配合处均设有Ｏ形圈。下活塞套的顶端有一凸沿，上面放一垫圈，当下活塞上升时，顶住凸沿，带动下活塞套共同上升，又通过垫圈推动上活塞共同上升。当增力气缸的活塞上升80~100mm  时，碰到下隔环和中隔环时，下活塞、中活塞、下活塞套全部停止上行，只有上活塞连同活塞杆继续上行， 直到阀门全部开启。

2.4  操作系统

手动操作系统主要由手动液压泵（柱塞泵）、换 向阀、溢流阀、油箱、操作杆、液压油缸、活塞、标示杆及进出油口等组成。当阀门需要手动操作时，换向 阀扳向手动工作位置，操作柱塞泵手柄，即可完成向油缸充进压力油的动作，压力油推动活塞移动，带动阀杆运动，完成阀门的启闭动作。

气动传动系统的控制原理见图３。气源接通过滤减压阀，然后由单作用二位三通电磁阀 Ａ控制单作用二位五通气控换向阀Ｂ，再与３个气缸的进出口管接头相连接。当阀门需要开启时，单作用二位三通电磁阀Ａ断电，单作用二位五通气控换向阀Ｂ弹簧复位，压缩空气经换向阀Ｂ分别进入气缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的３个进气口 １、２、３，从这３个气缸的 ４、５、６ 出气口排气，直到三个活塞行程到位为止。当阀门需要关闭时，电磁阀 Ａ得电，气体进入气控换向阀 Ｂ，压缩弹簧受压，压缩空气分别进入三个气缸的 ４、 ５、６进气孔，三个气缸内的气体分别从 １、２、３三个 出气孔排出，直到三个活塞行程终止，完成阀门关闭动作。

                                            图 ３ 气控原理

4.1　计算程序

（１）阀门开启时阀杆总轴向力的计算是设计气缸内径的依据。
（２）气缸活塞推力的计算，包括１个工作气缸和２个增压气缸合力的计算。
（３）阀门气动开启时间的计算，阀门全开时间 ≤１８０ｓ，根据气缸总容积，选择先导电磁阀和气动控制阀的规格，根据气动控制阀的额定流量再进行开启时间的计算。
（４）校核气缸拉杆螺柱强度，该项计算是保证设备安全运行的关键。
4.2　阀门开启时阀杆总轴向力（表1）

4.3　气缸活塞推力F

4.4　阀门气动开启时间
由气控原理可知，二位五通气控换向阀Ｂ的一个出口同时向３个气缸供气，气控换向阀Ｂ规格为3/4“ （VSA4140-06），其额定流量为1500dm3/min， 气缸的总容积为2798dm3。阀门开启时间为约112s ≤180s（规定开启时间）。
4.5　气缸拉杆螺柱强度校核
气动执行机构的３个气缸串联，中间由隔环分开，上、下两端气缸盖和气缸座通过24根 M30mm的拉杆螺柱固紧。拉杆螺柱选用40Cr材质，经过调质处理，螺柱的许用拉应力［σＬ］=257MPa，每根螺柱的许用拉力［ＦＬ］＝119KN，合计许用拉力为2865KN＞2410KN。

气动超大口径楔式闸阀的结构设计比较复杂， 由于阀门的公称通径大，工作压力高，所以阀门的提升力很大，如果按照常规气动闸阀的设计，缸径达到 3.08ｍ，缸体和活塞的加工、安装都很困难。针对楔式闸阀的工作特点，创新设计了三缸双作用气缸，同时选用手动液压泵完成手动启闭，阀门总高为7.1ｍ，手动操作平台离管道高度约为1.7ｍ，操作过程既方便又安全。