近十年來(lái)，中國(guó)油氣管道行業(yè)取得了快速發(fā)展，從管道長(zhǎng)度上看，油氣管道總里程達(dá)10.6萬(wàn)公里，包括原油管道約2.6萬(wàn)公里、成品油管道約2萬(wàn)公里、天然氣管道約6萬(wàn)公里，而建設(shè)這么長(zhǎng)里程的油氣運(yùn)輸管線，除了管道之外，還有一個(gè)必不可少的元件——閥門。

（一）特種旋塞閥國(guó)外長(zhǎng)期壟斷，威脅能源安全

閥門在油品運(yùn)輸中的重要性基本上等同于水龍頭對(duì)于自來(lái)水供應(yīng)的重要性，而中國(guó)輸油管道的長(zhǎng)度決定了閥門的使用數(shù)量不在少數(shù)。但由于這種應(yīng)用于成品油運(yùn)輸管線的特種旋塞閥的技術(shù)門檻較高，在很長(zhǎng)一段時(shí)間中，中國(guó)應(yīng)用的旋塞閥都依賴于進(jìn)口，不僅價(jià)格昂貴、維護(hù)成本高，同時(shí)也是中國(guó)能源安全的一大隱患。

不過(guò)現(xiàn)在好了，國(guó)產(chǎn)化的旋塞閥已經(jīng)成功躋身中高端市場(chǎng)，制造周期僅為國(guó)外產(chǎn)品一半，而且可以提供48小時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)的售后服務(wù)，大幅節(jié)省了中國(guó)石油管線的建設(shè)維護(hù)成本。

（二）國(guó)產(chǎn)化旋塞閥設(shè)計(jì)：密封性能、使用壽命不再是矛盾體

你可能會(huì)問(wèn)，不就是個(gè)閥門么，有什么高的技術(shù)含量呢？和家用水龍頭這樣的閥門有什么區(qū)別？

閥門最主要的應(yīng)用就是保證良好的開啟和關(guān)閉，這對(duì)閥門的密封性能有著很高的要求。

1、傳統(tǒng)閥門：密封性和使用壽命難以兼得

通常我們見到的管道閥門是這樣的：

在操作過(guò)程中，傳統(tǒng)閥門通過(guò)密封件在閥門腔體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)來(lái)決定管路的開啟與關(guān)閉，所以旋轉(zhuǎn)作用所產(chǎn)生的密封件的磨擦不可避免，從而產(chǎn)生磨損，密封做得越緊，磨損也就越嚴(yán)重，使用壽命越短，即便有潤(rùn)滑措施，也不能完全避免這種矛盾，久而久之密封性能自然就會(huì)有所下降，甚至導(dǎo)致閥門密封失效。

如果水龍頭或者閥門漏水了，我們可以更換一個(gè)，但如果運(yùn)輸?shù)氖浅善酚停蜎]那么簡(jiǎn)單了。

2 、國(guó)產(chǎn)油氣管線旋塞閥：伸縮結(jié)構(gòu)讓絕對(duì)密封和延長(zhǎng)壽命不再矛盾

成品油運(yùn)輸管線要求旋塞閥在保證絕對(duì)密封性的同時(shí)，盡可能延長(zhǎng)有效使用壽命，這種看似“魚和熊掌不可兼得”的需求就是問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

那么國(guó)產(chǎn)的旋塞閥是如何滿足這樣嚴(yán)苛的要求的呢？

首先來(lái)看一下旋塞閥主體結(jié)構(gòu)的剖面圖：

（旋塞閥剖面示意圖和結(jié)構(gòu)圖）

從圖中可以看出，旋塞為楔形（梯形）結(jié)構(gòu)，中間空白部分為流體通道。旋塞兩側(cè)固定有用于密封的滑板，當(dāng)密封滑板與閥體緊密接合時(shí)，則密封狀態(tài)良好。

不同于一般的閥門直接旋轉(zhuǎn)的開啟方式，當(dāng)該閥門打開時(shí)，閥門操作器首先使楔形旋塞提升一段距離，這樣固定在旋塞上的密封滑板也就隨之脫離閥體。然后在密封滑板與閥體互不接觸的情況下，將旋塞轉(zhuǎn)動(dòng)90度，使得旋塞通道與管道對(duì)齊，旋塞閥打開。

同理，關(guān)閉時(shí)操作器首先使旋塞和滑板在密封件與閥體無(wú)接觸的情況下反向轉(zhuǎn)動(dòng)90度，然后使旋塞向下運(yùn)動(dòng)，楔形作用使滑板與閥體嚴(yán)密貼合形成氣泡級(jí)密封。

總結(jié)起來(lái)，相比于傳統(tǒng)閥門直接旋轉(zhuǎn)的操作過(guò)程，這種旋塞閥還增加了向上提升和向下壓縮的過(guò)程。這種獨(dú)特的伸縮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得旋塞在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，滑板和閥體之間的密封面完全脫開，消除了兩者之間的磨損，在保證良好的密封效果的同時(shí)還延長(zhǎng)了閥門的使用壽命，同時(shí)由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有效消除了密封面之間的摩擦，旋塞也無(wú)需潤(rùn)滑，避免了對(duì)于成品油介質(zhì)的污染。

怎么樣，有沒有被設(shè)計(jì)者的巧妙設(shè)計(jì)思路震撼到了？

（三）國(guó)產(chǎn)化旋塞閥制造：多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)自主創(chuàng)新

有了設(shè)計(jì)思路還不夠，在實(shí)際制造過(guò)程中也需要解決很多問(wèn)題。

1、關(guān)閉副密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：真空硫化、特種防腐保證密封性

主閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造過(guò)程中最為關(guān)鍵的指標(biāo)就是密封性能。

我們知道，閥門開關(guān)采用的密封材料通常都是橡膠，但在輸送成品油的運(yùn)輸管路中，簡(jiǎn)單的橡膠密封怕是還不夠。因?yàn)槌善酚褪怯袡C(jī)溶劑，久而久之會(huì)對(duì)橡膠產(chǎn)生一定程度上的溶解，使得密封失效。

為此，在密封滑板上采用了真空硫化、特種防腐等先進(jìn)工藝，將氟橡膠密封圈永久地嵌入金屬基體形成主密封件，以保證密封滑板良好的密封效果及長(zhǎng)久的使用壽命。

（等待裝配的密封滑板）

主閥關(guān)閉副采用了密封件和旋塞的分體結(jié)構(gòu)，固定好特種橡膠的密封滑板通過(guò)楔形旋塞上的燕尾槽進(jìn)行聯(lián)結(jié)，形成下圖這樣完整的關(guān)閉副結(jié)構(gòu)。

這樣特殊形狀的旋塞還有一個(gè)好處，其結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)流體的自鎖功能，當(dāng)旋塞壓緊時(shí)，流體作用于密封滑板上的力不會(huì)使得旋塞有任何移動(dòng)，這種強(qiáng)制密封結(jié)構(gòu)保證了密封的可靠性。

除了主閥門結(jié)構(gòu)之外，旋塞閥的另外一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)是操作器。

（旋塞閥整體結(jié)構(gòu)及操作器示意圖）

操作器的作用是將執(zhí)行器的多回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為90度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和上下直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)旋塞的上升、下降及正、反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于涉及零件多，受力狀況復(fù)雜，需協(xié)調(diào)好各相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，否則結(jié)構(gòu)容易損壞。研制中通過(guò)對(duì)主閥的負(fù)載特性進(jìn)行分析獲得操作器的負(fù)載特性要求并對(duì)相關(guān)零件進(jìn)行受力分析和重點(diǎn)部位進(jìn)行有限元應(yīng)力分析，選取和優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。