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新聞詳情
2017/10/18
調節蝶閥設計時要考慮的因素1
調節蝶閥的分類
調節蝶閥按(àn)結(jié)構形式主要分為:中線(xiàn)蝶閥、單偏心蝶閥、雙偏(piān)心蝶閥和三偏心(xīn)蝶閥。
中線蝶閥的結構特征為閥杆軸心線(xiàn)與調節閥密封副接觸麵在同一平麵上(shàng),並與(yǔ)閥體(tǐ)通道對稱中心線垂直相交。其結構(gòu)簡單,製造(zào)方便,常見的襯膠對夾式蝶閥(fá)即屬於此類。缺點是由於蝶板與閥座始終處於擠壓狀態,阻力大,磨損快。為保證在擠壓、刮(guā)擦後仍(réng)保證密(mì)封性能(néng),閥座基本上采用橡膠或聚四(sì)氟乙烯等彈(dàn)性材料,因此在使用上受到溫度的限製。
單偏心蝶閥的結構特征為閥杆軸心線平行偏(piān)離了閥門密封副接觸麵,並與閥體通道對稱中心線(xiàn)垂直相交,從而在(zài)閥門啟(qǐ)閉過(guò)程中蝶板上下端(duān)不再與閥座接觸而產生過度擠壓(yā)。但由於單偏心構造在閥門的整個開關過程中蝶板密封麵與閥座密封麵仍有擠壓、刮擦現象,在應用範圍上(shàng)和中線蝶閥大同小異,故采用不多。
雙偏心蝶閥的結構特(tè)征(zhēng)為閥杆軸心線既平行偏離了閥門密封副接觸麵,又平行偏離了閥體通道對稱中心線。雙偏心的效果是使閥門在開啟(qǐ)時蝶板密封麵能(néng)瞬間脫離閥座(zuò)密封(fēng)麵,消除(chú)了蝶板與閥座的(de)不必要的(de)過度擠壓、刮擦現象,減小了密封副間的磨損,減(jiǎn)輕(qīng)了啟閉力矩。同時還使得雙偏心(xīn)蝶閥也可以采用金屬閥(fá)座,提高了蝶閥在高溫領域的應用。
三偏心蝶閥的結構特征為閥杆(gǎn)軸心線既平行偏離了(le)閥門密封副接觸麵,又平行偏離了閥體通道對稱中心線,且(qiě)閥門密封副接(jiē)觸麵的旋轉體中心線與(yǔ)閥(fá)體通道對稱(chēng)中心(xīn)線傾斜一角度。三(sān)偏心的效果是密封(fēng)副的接觸斷麵由真圓變為橢圓,從根本上改變了密封副的密(mì)封(fēng)原理,使金屬硬密封蝶閥實現零泄漏成為了可能。
2
蝶(dié)閥設計時要考慮的因素
蝶閥功能
1
設(shè)計時(shí)要明確蝶閥是用作接通或截斷管路中的介質,還是調節(jiē)、控製管路中介質的流量和壓力。不同功能的閥門其密封副設(shè)計時考(kǎo)慮的因素有所不同,若閥門是用(yòng)作接通或(huò)截斷管路中的介質,則著重考慮閥門的截斷能力,即閥門的密封性能,在確保所選材料必須耐腐蝕的前提下,低、中壓及常溫閥門常采用軟密封的結構形式,中(zhōng)、高溫及高壓閥門則選用硬密封的結構形式;若閥門是用作調(diào)節、控製管路中(zhōng)介質的流量和壓力時,則著重考慮閥門的固有調節特性及調(diào)節比。
工藝條(tiáo)件
2
設計前首先要(yào)充分(fèn)了解閥門所在工(gōng)藝(yì)係統的工藝條(tiáo)件,包括:介質類型(氣、液、固相及雙(shuāng)相或多相混合等)、介質溫(wēn)度、介質壓力、介(jiè)質流速(或流量)、動力源及(jí)其參數等。
(1)介(jiè)質類型
蝶閥結(jié)構形(xíng)式通常是根據一(yī)種主要(yào)的介質進行設計,但也(yě)必須考慮到次要的介質,例如用來(lái)清洗、試驗和吹掃等介質(zhì),介(jiè)質的黏附及沉積等均對閥門結構設計有影響;同時更要關注介質的腐蝕性對結構及材(cái)料的影(yǐng)響。
(2)介質溫度
可能引起的問題有:①不同(tóng)的熱膨脹:溫度梯(tī)度或膨(péng)脹係數不同會引起閥門密封副的膨脹不均勻,從而導致閥門啟(qǐ)閉(bì)時的卡死或泄漏。②材料性能的變化(huà):設計時要考慮材料在高(gāo)溫下許用應力的降(jiàng)低,另外由(yóu)於在很高溫度下膨脹的零件可能產生局部屈服,所以熱循環有時也會引起尺寸的變化。③熱應(yīng)力和熱衝擊。
(3)介質壓(yā)力
主(zhǔ)要影(yǐng)響蝶閥承壓件的強度和剛度(dù)設(shè)計,及密封副的必需比壓和許用比壓的設計。
(4)介(jiè)質流速
主(zhǔ)要(yào)影響蝶閥通道及密封副表麵的耐衝蝕性能(néng),特(tè)別是氣固、液固兩相流的介質,更要謹慎考慮。
(5)動力源
其參數直(zhí)接影響蝶閥的連接接口設計及啟閉時(shí)間和驅動靈敏性、可靠性。電源的(de)電壓和電流強度的變化對閥門的影響不很大,主要是氣源和液壓源的壓力(lì)和流量將(jiāng)直接影響到蝶閥的功能的(de)實(shí)現(xiàn)。
強(qiáng)度與剛度的考(kǎo)慮(lǜ)
3
蝶閥在設計時除(chú)按《閥門設計手冊》提供的靜態設計計算外,還要考慮因介(jiè)質壓力(lì)、流速等產(chǎn)生的動態載荷,特別是中高壓管係(xì)中(zhōng)蝶閥關閉時產生的水錘能量,還要考慮(lǜ)環境影響的(de)附加載荷以及管道、支座等引起的(de)附加載荷。
壓力損失和流通能力
4
壓(yā)力損失和流通能力本質上是同一(yī)參數,壓(yā)力損失是流體阻力的量度,是閥門(mén)進口壓力與(yǔ)出口壓力之差值,在給定流(liú)量下,其大小主要取決於蝶閥的結構形式、內件的造形及表麵粗糙度設計,通常用流阻係數來表示。流通能力與閥門在(zài)給定壓力差時流過的最大流量(liàng)有關,通常用流量係(xì)數(shù)來表示。流(liú)阻係數與流量係數的關係式為(wéi):
式中
C——流量係數;
A——閥門流道的截麵積(jī),單(dān)位為m2;
K——流阻係數。
通(tōng)常在(zài)設計時要考慮盡量(liàng)使閥門的壓力損失(shī)最小(xiǎo)和流通能力最大,一般采取的措施有:①閥體通道不縮徑,通道中應無任何凸出部分,蝶板(bǎn)造形圓滑過渡。②盡(jìn)可能減小介(jiè)質過流(liú)部位的表麵粗糙度值。③整個通道橫截麵盡量保持不變或采取平緩過渡結構。
驅動(dòng)力矩
5
蝶閥的驅(qū)動方式根(gēn)據(jù)用戶需(xū)要可以是電動、氣動、液動、電液(yè)動(dòng)以及氣液動等,驅動裝置的輸出轉(zhuǎn)矩取決(jué)於蝶閥所需的輸入轉矩,蝶閥的輸入轉矩又(yòu)受結構形式、密封程度、介質種類(水、油、氣和(hé)粉體(tǐ))、介質壓力、工作頻度(低頻度、高頻度)以及控製方式(純開閉型、調節型)等因素(sù)的(de)影響。蝶(dié)閥的結構形式、密封程度不同,其輸入轉矩的計算公式也不同(tóng)(詳見《閥門設計手冊》);使用條件的(de)不同,所選擇驅動裝置輸出轉矩的安全係數不同,詳(xiáng)見表1。
表1控製(zhì)方式選用的(de)安全係數
介質敏感性
6
蝶閥(fá)適用(yòng)於輸送水、油、氣體(tǐ)、水固兩相以(yǐ)及(jí)氣(qì)固兩相(xiàng)流等(děng)多(duō)種介質的管路係統作開關或調節裝置用,因而蝶閥密封副對介質的敏感性也是設計時需考慮的重(chóng)要因素之一,設計時主要從材(cái)料選(xuǎn)擇和結構(gòu)形(xíng)式上來考慮。例如對介質中含塵量較高的切斷蝶閥,則(zé)要選用彈性好的橡膠材料作密封圈,或采用(yòng)具有自清(qīng)理結構(gòu)的多層次金屬硬密封圈,在密封副相對運動的同(tóng)時靠密封副本身能清除微粒等汙物,或采用吹掃、清洗功能來減輕粉塵對密封副的汙染。
壽命
7
蝶閥正常的失效形式是泄漏,泄漏又包括外泄漏和內(nèi)泄漏,外(wài)漏主要是(shì)衝蝕或腐蝕而導致,內漏主(zhǔ)要是密封副破損而導致(zhì)。通常(cháng)所說的壽命是(shì)指密封副的(de)使用時間或動作次(cì)數,其主要取決於介質種類、介質溫度、介質壓力、啟閉頻率和啟閉速度等,從而選擇滿足工況條件的(de)材料並(bìng)進(jìn)行必要的熱處理,例如:材料的抗擦傷性能、抗電化學腐蝕性能和疲勞強度等。另外密封(fēng)副的壽命與(yǔ)結構(gòu)設計的合理性、製(zhì)造精(jīng)度等密切相關。
主要件材料選用
8
蝶閥的主要件包括閥(fá)體、蝶板、閥杆、閥座(zuò)和密封圈,材料(liào)選用的主要依據是(shì)工況條件,特別關注材料的耐蝕性及適用溫度,一(yī)般常用材料的適用溫度及適用介質見表2。
表2常用材料的適用溫度及適用介質
3
結束語
隨著全球(qiú)性的節能、環保意(yì)識的提高,大型項目(mù)工藝係統正(zhèng)在不斷向高參數化發展,從而對閥門的工藝參數也提出了更高、更苛刻的要求,為了適應高壓(yā)、高溫、低溫和多相流等工況下的(de)功能要求,蝶閥的結構也在不斷更(gèng)新換代,高性能的特種蝶閥層出不窮,但萬變不(bú)離其中,隻有明確工藝係(xì)統對閥門的功能要求,明確工況(kuàng)的(de)各項參數,就能設計出滿足功能(néng)要(yào)求,性(xìng)能可靠的調節(jiē)蝶閥(fá)產品。提高生產率。
調節蝶閥的分類
調節蝶閥按(àn)結(jié)構形式主要分為:中線(xiàn)蝶閥、單偏心蝶閥、雙偏(piān)心蝶閥和三偏心(xīn)蝶閥。
中線蝶閥的結構特征為閥杆軸心線(xiàn)與調節閥密封副接觸麵在同一平麵上(shàng),並與(yǔ)閥體(tǐ)通道對稱中心線垂直相交。其結構(gòu)簡單,製造(zào)方便,常見的襯膠對夾式蝶閥(fá)即屬於此類。缺點是由於蝶板與閥座始終處於擠壓狀態,阻力大,磨損快。為保證在擠壓、刮(guā)擦後仍(réng)保證密(mì)封性能(néng),閥座基本上采用橡膠或聚四(sì)氟乙烯等彈(dàn)性材料,因此在使用上受到溫度的限製。
單偏心蝶閥的結構特征為閥杆軸心線平行偏(piān)離了閥門密封副接觸麵,並與閥體通道對稱中心線(xiàn)垂直相交,從而在(zài)閥門啟(qǐ)閉過(guò)程中蝶板上下端(duān)不再與閥座接觸而產生過度擠壓(yā)。但由於單偏心構造在閥門的整個開關過程中蝶板密封麵與閥座密封麵仍有擠壓、刮擦現象,在應用範圍上(shàng)和中線蝶閥大同小異,故采用不多。
雙偏心蝶閥的結構特(tè)征(zhēng)為閥杆軸心線既平行偏離了閥門密封副接觸麵,又平行偏離了閥體通道對稱中心線。雙偏心的效果是使閥門在開啟(qǐ)時蝶板密封麵能(néng)瞬間脫離閥座(zuò)密封(fēng)麵,消除(chú)了蝶板與閥座的(de)不必要的(de)過度擠壓、刮擦現象,減小了密封副間的磨損,減(jiǎn)輕(qīng)了啟閉力矩。同時還使得雙偏心(xīn)蝶閥也可以采用金屬閥(fá)座,提高了蝶閥在高溫領域的應用。
三偏心蝶閥的結構特征為閥杆(gǎn)軸心線既平行偏離了(le)閥門密封副接觸麵,又平行偏離了閥體通道對稱中心線,且(qiě)閥門密封副接(jiē)觸麵的旋轉體中心線與(yǔ)閥(fá)體通道對稱(chēng)中心(xīn)線傾斜一角度。三(sān)偏心的效果是密封(fēng)副的接觸斷麵由真圓變為橢圓,從根本上改變了密封副的密(mì)封(fēng)原理,使金屬硬密封蝶閥實現零泄漏成為了可能。
2
蝶(dié)閥設計時要考慮的因素
蝶閥功能
1
設(shè)計時(shí)要明確蝶閥是用作接通或截斷管路中的介質,還是調節(jiē)、控製管路中介質的流量和壓力。不同功能的閥門其密封副設(shè)計時考(kǎo)慮的因素有所不同,若閥門是用(yòng)作接通或(huò)截斷管路中的介質,則著重考慮閥門的截斷能力,即閥門的密封性能,在確保所選材料必須耐腐蝕的前提下,低、中壓及常溫閥門常采用軟密封的結構形式,中(zhōng)、高溫及高壓閥門則選用硬密封的結構形式;若閥門是用作調(diào)節、控製管路中(zhōng)介質的流量和壓力時,則著重考慮閥門的固有調節特性及調(diào)節比。
工藝條(tiáo)件
2
設計前首先要(yào)充分(fèn)了解閥門所在工(gōng)藝(yì)係統的工藝條(tiáo)件,包括:介質類型(氣、液、固相及雙(shuāng)相或多相混合等)、介質溫(wēn)度、介質壓力、介(jiè)質流速(或流量)、動力源及(jí)其參數等。
(1)介(jiè)質類型
蝶閥結(jié)構形(xíng)式通常是根據一(yī)種主要(yào)的介質進行設計,但也(yě)必須考慮到次要的介質,例如用來(lái)清洗、試驗和吹掃等介質(zhì),介(jiè)質的黏附及沉積等均對閥門結構設計有影響;同時更要關注介質的腐蝕性對結構及材(cái)料的影(yǐng)響。
(2)介質溫度
可能引起的問題有:①不同(tóng)的熱膨脹:溫度梯(tī)度或膨(péng)脹係數不同會引起閥門密封副的膨脹不均勻,從而導致閥門啟(qǐ)閉(bì)時的卡死或泄漏。②材料性能的變化(huà):設計時要考慮材料在高(gāo)溫下許用應力的降(jiàng)低,另外由(yóu)於在很高溫度下膨脹的零件可能產生局部屈服,所以熱循環有時也會引起尺寸的變化。③熱應(yīng)力和熱衝擊。
(3)介質壓(yā)力
主(zhǔ)要影(yǐng)響蝶閥承壓件的強度和剛度(dù)設(shè)計,及密封副的必需比壓和許用比壓的設計。
(4)介(jiè)質流速
主(zhǔ)要(yào)影響蝶閥通道及密封副表麵的耐衝蝕性能(néng),特(tè)別是氣固、液固兩相流的介質,更要謹慎考慮。
(5)動力源
其參數直(zhí)接影響蝶閥的連接接口設計及啟閉時(shí)間和驅動靈敏性、可靠性。電源的(de)電壓和電流強度的變化對閥門的影響不很大,主要是氣源和液壓源的壓力(lì)和流量將(jiāng)直接影響到蝶閥的功能的(de)實(shí)現(xiàn)。
強(qiáng)度與剛度的考(kǎo)慮(lǜ)
3
蝶閥在設計時除(chú)按《閥門設計手冊》提供的靜態設計計算外,還要考慮因介(jiè)質壓力(lì)、流速等產(chǎn)生的動態載荷,特別是中高壓管係(xì)中(zhōng)蝶閥關閉時產生的水錘能量,還要考慮(lǜ)環境影響的(de)附加載荷以及管道、支座等引起的(de)附加載荷。
壓力損失和流通能力
4
壓(yā)力損失和流通能力本質上是同一(yī)參數,壓(yā)力損失是流體阻力的量度,是閥門(mén)進口壓力與(yǔ)出口壓力之差值,在給定流(liú)量下,其大小主要取決於蝶閥的結構形式、內件的造形及表麵粗糙度設計,通常用流阻係數來表示。流通能力與閥門在(zài)給定壓力差時流過的最大流量(liàng)有關,通常用流量係(xì)數(shù)來表示。流(liú)阻係數與流量係數的關係式為(wéi):
式中
C——流量係數;
A——閥門流道的截麵積(jī),單(dān)位為m2;
K——流阻係數。
通(tōng)常在(zài)設計時要考慮盡量(liàng)使閥門的壓力損失(shī)最小(xiǎo)和流通能力最大,一般采取的措施有:①閥體通道不縮徑,通道中應無任何凸出部分,蝶板(bǎn)造形圓滑過渡。②盡(jìn)可能減小介(jiè)質過流(liú)部位的表麵粗糙度值。③整個通道橫截麵盡量保持不變或采取平緩過渡結構。
驅動(dòng)力矩
5
蝶閥的驅(qū)動方式根(gēn)據(jù)用戶需(xū)要可以是電動、氣動、液動、電液(yè)動(dòng)以及氣液動等,驅動裝置的輸出轉(zhuǎn)矩取決(jué)於蝶閥所需的輸入轉矩,蝶閥的輸入轉矩又(yòu)受結構形式、密封程度、介質種類(水、油、氣和(hé)粉體(tǐ))、介質壓力、工作頻度(低頻度、高頻度)以及控製方式(純開閉型、調節型)等因素(sù)的(de)影響。蝶(dié)閥的結構形式、密封程度不同,其輸入轉矩的計算公式也不同(tóng)(詳見《閥門設計手冊》);使用條件的(de)不同,所選擇驅動裝置輸出轉矩的安全係數不同,詳(xiáng)見表1。
表1控製(zhì)方式選用的(de)安全係數
介質敏感性
6
蝶閥(fá)適用(yòng)於輸送水、油、氣體(tǐ)、水固兩相以(yǐ)及(jí)氣(qì)固兩相(xiàng)流等(děng)多(duō)種介質的管路係統作開關或調節裝置用,因而蝶閥密封副對介質的敏感性也是設計時需考慮的重(chóng)要因素之一,設計時主要從材(cái)料選(xuǎn)擇和結構(gòu)形(xíng)式上來考慮。例如對介質中含塵量較高的切斷蝶閥,則(zé)要選用彈性好的橡膠材料作密封圈,或采用(yòng)具有自清(qīng)理結構(gòu)的多層次金屬硬密封圈,在密封副相對運動的同(tóng)時靠密封副本身能清除微粒等汙物,或采用吹掃、清洗功能來減輕粉塵對密封副的汙染。
壽命
7
蝶閥正常的失效形式是泄漏,泄漏又包括外泄漏和內(nèi)泄漏,外(wài)漏主要是(shì)衝蝕或腐蝕而導致,內漏主(zhǔ)要是密封副破損而導致(zhì)。通常(cháng)所說的壽命是(shì)指密封副的(de)使用時間或動作次(cì)數,其主要取決於介質種類、介質溫度、介質壓力、啟閉頻率和啟閉速度等,從而選擇滿足工況條件的(de)材料並(bìng)進(jìn)行必要的熱處理,例如:材料的抗擦傷性能、抗電化學腐蝕性能和疲勞強度等。另外密封(fēng)副的壽命與(yǔ)結構(gòu)設計的合理性、製(zhì)造精(jīng)度等密切相關。
主要件材料選用
8
蝶閥的主要件包括閥(fá)體、蝶板、閥杆、閥座(zuò)和密封圈,材料(liào)選用的主要依據是(shì)工況條件,特別關注材料的耐蝕性及適用溫度,一(yī)般常用材料的適用溫度及適用介質見表2。
表2常用材料的適用溫度及適用介質
3
結束語
隨著全球(qiú)性的節能、環保意(yì)識的提高,大型項目(mù)工藝係統正(zhèng)在不斷向高參數化發展,從而對閥門的工藝參數也提出了更高、更苛刻的要求,為了適應高壓(yā)、高溫、低溫和多相流等工況下的(de)功能要求,蝶閥的結構也在不斷更(gèng)新換代,高性能的特種蝶閥層出不窮,但萬變不(bú)離其中,隻有明確工藝係(xì)統對閥門的功能要求,明確工況(kuàng)的(de)各項參數,就能設計出滿足功能(néng)要(yào)求,性(xìng)能可靠的調節(jiē)蝶閥(fá)產品。提高生產率。
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