全液壓蓄能快關(guān)蝶閥的設(shè)計(jì)

2010-02-10 黃瑞江南閥門(mén)有限公司

　　介紹了快關(guān)蝶閥的性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。分析了全液壓蓄能驅(qū)動(dòng)裝置及其電液聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理。論述了閥門(mén)主要零部件的設(shè)計(jì)過(guò)程和方法。

1、概述

　　為提高熱電廠抽汽汽輪機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性,防止由汽輪機(jī)抽汽管道蒸汽倒流和冷凝水倒灌所引發(fā)的汽輪機(jī)超速事故,在汽輪機(jī)管道上電動(dòng)截止蝶閥與止回閥之間需安裝一臺(tái)快關(guān)蝶閥。在汽輪機(jī)組緊急關(guān)閉時(shí),接到關(guān)閥指令后閥門(mén)快速反應(yīng)并迅速關(guān)閉,快關(guān)時(shí)間≤0.5 s。

2、結(jié)構(gòu)

　　全液壓快速關(guān)閉蝶閥(圖1)主要由蝶閥本體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其電氣控制系統(tǒng)等部分經(jīng)過(guò)高度集成整合而成。開(kāi)閥時(shí),按下電控箱控制面板上的慢開(kāi)按鈕,液壓控制系統(tǒng)工作,液壓油進(jìn)入油缸底部推動(dòng)活塞帶動(dòng)蝶閥慢開(kāi)。閥門(mén)開(kāi)到位時(shí)行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作,開(kāi)閥動(dòng)作終止,系統(tǒng)進(jìn)入通電待命狀態(tài),蓄能器儲(chǔ)備液壓能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)緊急狀況時(shí),蝶閥接到事故信號(hào),蓄能器釋放液壓能并通過(guò)油缸和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)迅速關(guān)閉閥門(mén),快關(guān)時(shí)間0.18～0.5 s(包括緩沖時(shí)間) 。

3、設(shè)計(jì)

3.1、閥體

　　閥體是蝶閥的主要部件,除承受管道介質(zhì)的壓力、溫度以及閥門(mén)的操作力和管路上的一些不可預(yù)見(jiàn)的載荷外,還應(yīng)能抵抗介質(zhì)的腐蝕、沖蝕和侵蝕。

全液壓快速關(guān)閉蝶閥

圖1　全液壓快速關(guān)閉蝶閥

　　閥體壁厚為

　　式中t———計(jì)算壁厚,mm
　　　　P———磅級(jí)值×0.07,MPa
　　　　S ———4.92,MPa
　　　　d———閥門(mén)的入口內(nèi)徑或開(kāi)口部位直徑( ≥入口內(nèi)徑的0.9倍) ,mm<

　　式(1)主要用于采用英制單位系列閥門(mén)壁厚的計(jì)算,閥門(mén)的壓力等級(jí)為高溫定級(jí)。例如150 lb的閥門(mén), P260～300 = 150p si (閥門(mén)工作溫度260～300℃,最大的工作壓力可達(dá)150p si) 。公制單位系列閥門(mén)則采用常溫定級(jí), 例如PN16 的閥門(mén), P- 29～38 =116MPa (閥門(mén)工作溫度- 29～38℃,最大的工作壓力可達(dá)116MPa) 。計(jì)算應(yīng)區(qū)別對(duì)待。閥體的最小壁厚也可以查真空技術(shù)網(wǎng)另文,其中列出了各公稱(chēng)壓力下相應(yīng)閥門(mén)內(nèi)徑所對(duì)應(yīng)的最小壁厚值。高溫工況下,應(yīng)考慮材料的松弛和蠕變對(duì)產(chǎn)品性能的影響。

3.2、蝶板

　　蝶板是調(diào)節(jié)流量和切斷流量的關(guān)閉件。蝶板運(yùn)行時(shí),經(jīng)常處于流動(dòng)介質(zhì)之中,因此應(yīng)能承受介質(zhì)的作用力而不致?lián)p壞和產(chǎn)生過(guò)大的變形。此外尚應(yīng)有較好的流態(tài)和調(diào)節(jié)性能。蝶板的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是強(qiáng)度與剛度的計(jì)算,其彎曲強(qiáng)度為

　　式中σw ———蝶板彎曲應(yīng)力,MPa
　　　　M ———彎曲力矩,N·m
　　　　W ———斷面系數(shù), cm²　　　　[σw ] ———材料的許用彎曲應(yīng)力,MPa

　　蝶板僅計(jì)算其強(qiáng)度是不夠的。若蝶板變形過(guò)大,將增加其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的力矩,使蝶板不能轉(zhuǎn)開(kāi)或由于變形過(guò)大而達(dá)不到關(guān)閉的位置。因此,一般要求蝶板的最大變形量不得超過(guò)公稱(chēng)通徑的0.1% ～0.2%。對(duì)于一些形狀復(fù)雜的蝶板,已廣泛地采用三維有限元法計(jì)算蝶板剛度。

3.3、密封副

　　密封副是蝶閥的關(guān)鍵部件。普通蝶閥只能作調(diào)節(jié)用,主要原因就是密封的可靠性沒(méi)有解決。三偏心多層次密封結(jié)構(gòu)(圖2)具有形狀簡(jiǎn)單,易加工,冷作變形應(yīng)力小,可達(dá)到零泄漏和密封效果好等優(yōu)點(diǎn)。在密封副的多層次中,夾層可以用四氟和石墨等材料。在超高的溫度下,可采用全金屬密封。蝶閥密封面相互之間應(yīng)有合理的密封比壓值qb。