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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(fá)的分類(lèi)
調節蝶閥按結構形式主要(yào)分為:中線蝶閥、單偏心蝶閥、雙偏心(xīn)蝶閥和三偏心蝶閥。
中線蝶閥(fá)的結構特征為閥杆軸心線與調節閥密封副接觸麵在同一平麵上,並與閥體(tǐ)通道對稱中(zhōng)心線垂直相交。其結構簡單,製造方便,常見的襯膠對夾式蝶(dié)閥即屬於此類(lèi)。缺點是由於蝶板與(yǔ)閥座始終處於擠(jǐ)壓狀態,阻力大,磨(mó)損快。為保證在擠壓、刮擦後仍保證密封性能,閥座基本(běn)上(shàng)采用橡膠或聚四氟(fú)乙烯等彈性材料,因(yīn)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離了(le)閥門密封副接觸麵,並(bìng)與閥(fá)體通道對稱中心線垂直相交,從而在閥門啟閉過程中蝶板(bǎn)上下端不(bú)再與閥座(zuò)接觸而產生過度擠壓。但由於單(dān)偏心構(gòu)造在閥門(mén)的整個開關過程(chéng)中(zhōng)蝶板密封麵與閥座(zuò)密封麵仍有擠壓、刮擦現象,在應用範圍(wéi)上和(hé)中線蝶閥(fá)大同小異,故采用不多。
雙偏心(xīn)蝶閥的結(jié)構特征(zhēng)為閥杆軸心線既平行偏(piān)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(zài)開啟時蝶板(bǎn)密封麵能瞬間脫離閥座密封麵,消除了蝶板與閥座(zuò)的不必要(yào)的過度擠壓(yā)、刮擦現象(xiàng),減小了密封副間的磨損,減輕了(le)啟閉力矩。同時還使得雙偏(piān)心蝶閥也可以采用金屬閥座,提高了蝶閥在(zài)高溫領域的(de)應用。
三偏心蝶閥的結構特征為閥杆軸心(xīn)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,且(qiě)閥(fá)門密封(fēng)副接觸麵的旋轉體中心線(xiàn)與閥體通道對稱中心線傾斜一角度。三偏心的效果是密(mì)封副的接觸斷麵由真圓變為(wéi)橢圓,從根本上改變了密封副的密封(fēng)原理,使(shǐ)金屬硬密封蝶閥實現零泄漏成為了可(kě)能。
2
蝶閥(fá)設計時要考慮的因素
蝶(dié)閥(fá)功(gōng)能
1
設計時要明確蝶閥是用作接通或截(jié)斷管路中的介質(zhì),還是調節、控製管路中介質的流量和壓力。不(bú)同功能的閥門其密封副設計(jì)時考(kǎo)慮的因素有所不(bú)同,若閥門(mén)是用作接通或截斷管路中(zhōng)的介(jiè)質,則(zé)著重(chóng)考慮閥門的截斷能力,即閥門的密(mì)封性能,在確保(bǎo)所選材料必須耐腐蝕的前提下,低、中壓及常溫閥門常采用(yòng)軟密封的結構形式,中、高溫及高壓閥門則選(xuǎn)用硬密封的結構形式;若閥門是用作調(diào)節、控製管路中介(jiè)質的流量和壓力時,則著重考慮閥門的固有調節特性及調節比。
工(gōng)藝條件
2
設計前首先要充分了解閥門所在工藝係統的工藝條件,包括(kuò):介質(zhì)類型(氣、液、固相及(jí)雙相或多相混合(hé)等)、介質溫度、介質(zhì)壓力、介質流速(或流量)、動力源及其參數(shù)等。
(1)介質類型
蝶閥結構(gòu)形式(shì)通常是根據一種主要(yào)的介質進(jìn)行設計,但也必須考慮到次要的介質,例如用來清洗、試驗和(hé)吹掃等介質,介質的黏附及沉積等均對閥門結構(gòu)設(shè)計有影響;同時更要關注介質的腐蝕性對結(jié)構及材料的影響。
(2)介質溫度
可能引起的問題有:①不同的熱膨脹:溫(wēn)度梯度或膨脹係數不同會(huì)引起閥門密封副的膨脹(zhàng)不均勻,從而導致閥門啟(qǐ)閉時的卡死或泄漏(lòu)。②材料性(xìng)能的變(biàn)化:設計時要考慮材料在高溫下許用(yòng)應力(lì)的降低,另外由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(shí)也(yě)會引起尺寸的變化。③熱應力和熱衝擊。
(3)介質壓(yā)力
主要影響蝶閥承壓件的強度和剛度(dù)設計,及密(mì)封副(fù)的必需比壓和許用比(bǐ)壓的設計。
(4)介質流速
主要影響蝶閥通道及密封副表麵的耐衝蝕性能,特別是氣固、液固兩相流的介(jiè)質,更要謹慎考(kǎo)慮。
(5)動力源(yuán)
其參(cān)數直接影(yǐng)響蝶閥的連接(jiē)接口設計及啟閉時間和驅動靈敏(mǐn)性、可靠性。電源的電壓(yā)和電(diàn)流強度(dù)的變化(huà)對閥門的影響不很(hěn)大,主要是氣源和液壓源的壓力和流量(liàng)將直(zhí)接影響到蝶閥的功能的實現。
強度與剛(gāng)度的考慮(lǜ)
3
蝶閥在設計時除按《閥門設計手冊》提供的靜態(tài)設計計算外,還要考慮因介質壓(yā)力、流速等產生(shēng)的動態載荷,特別是中高壓管係中蝶閥關閉(bì)時(shí)產生的水錘能量,還要考(kǎo)慮環境影響的附加(jiā)載荷(hé)以及管道、支座等引起的附加載荷(hé)。
壓力(lì)損失和流通能力
4
壓力損失和流通能力本(běn)質上是同一參數,壓力損失是流體阻力的量度,是閥(fá)門進口壓力與出口壓力之差值,在給定流量下,其(qí)大小主要取決於蝶閥的結構形式、內件的造形(xíng)及表麵粗糙度設計,通常(cháng)用流阻係數來表示。流通能力與閥門(mén)在給定壓力差時流過的最大流量有關,通常用流量係(xì)數來表示。流阻係(xì)數與(yǔ)流量係數(shù)的(de)關係式為:
式中
C——流量(liàng)係(xì)數(shù);
A——閥門流道的截麵積,單位為m2;
K——流阻係數。
通常在(zài)設計時要考慮盡量使閥(fá)門的壓力損失最小和流通能力最大,一般采取的(de)措施有:①閥(fá)體通道不縮徑,通道中應無任何凸出部分,蝶板造形圓滑過(guò)渡。②盡可能減小介質過(guò)流(liú)部位的(de)表麵粗糙度值。③整(zhěng)個通道橫截麵盡量保持不變或(huò)采取平緩過渡結構。
驅動力矩
5
蝶閥的驅動方式根據用戶需要可以是電(diàn)動、氣動、液動、電(diàn)液動以及氣液動(dòng)等,驅(qū)動裝置的輸出轉矩取決於蝶閥所需的輸入轉矩,蝶閥的輸入轉矩又受結構(gòu)形式、密封程度、介質種類(lèi)(水、油、氣和粉體)、介質(zhì)壓(yā)力、工作頻度(低頻度(dù)、高頻(pín)度)以及控製方式(純開閉型、調節型)等因素的影(yǐng)響。蝶閥的結構形式、密封程(chéng)度不同,其輸入轉矩的計算公式也不同(詳見《閥門設計手冊》);使用條(tiáo)件的不(bú)同,所選擇驅動裝置輸出轉矩的(de)安(ān)全係數不同,詳見表1。
表1控製方式選用的安全係數
介質敏感性
6
蝶閥適用於輸送水、油(yóu)、氣體、水固兩相以及(jí)氣固兩相(xiàng)流等多(duō)種介質的管路係統作開關或調(diào)節裝置用,因而蝶閥密封副對介質的敏感(gǎn)性也是設計時(shí)需考慮的重要因素之一(yī),設計時(shí)主要從材料選擇和結構形式(shì)上來考慮。例(lì)如對介質中含塵量較(jiào)高的切斷蝶閥,則要選用彈性好的橡膠材料作密封(fēng)圈,或采用具有自清理結構的多層次金屬硬密封圈,在密(mì)封副相對運動的同時靠密(mì)封副本身能(néng)清除微粒等汙物,或采用吹掃、清洗功能來減輕粉塵(chén)對(duì)密(mì)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,外漏主要是衝蝕或腐蝕而導致,內(nèi)漏主要是(shì)密封副破損而(ér)導致。通常(cháng)所說的(de)壽命是指密封副的使用時間或動作次數,其主要取(qǔ)決於介質種類、介質溫度、介質壓力、啟閉(bì)頻率和啟閉速度等(děng),從而選擇滿足工(gōng)況(kuàng)條(tiáo)件(jiàn)的材料(liào)並進行必要的熱處(chù)理,例如:材料的抗擦傷性能、抗電化學腐蝕性(xìng)能和疲勞強度等。另外密封副的壽命(mìng)與結構(gòu)設計的合理性(xìng)、製造精度等密切相關。
主要件(jiàn)材料選用
8
蝶閥的主要件包括閥體、蝶板、閥杆、閥座(zuò)和密封圈,材料選用的主要依據是工況(kuàng)條件,特別關注材料的耐蝕性及適用溫(wēn)度,一般(bān)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(shì)用溫度及適用介質(zhì)
3
結束語
隨著全球性的節能、環保(bǎo)意識的(de)提(tí)高,大型項目工藝係(xì)統正在不斷向高參數化發(fā)展(zhǎn),從(cóng)而對閥門的工藝參數也(yě)提出了更高、更苛刻的要(yào)求,為了適應高壓、高溫、低溫和多相流等工況下的功能要求,蝶閥(fá)的結構也在不斷更新(xīn)換代,高性能(néng)的特種蝶閥層出不窮,但萬變不離其中,隻有明確工藝係統(tǒng)對閥門的功能(néng)要求,明確工況的各項(xiàng)參數,就能設計出滿(mǎn)足功能要求,性能可靠的調(diào)節蝶閥產品。提高(gāo)生產率(lǜ)。
調節蝶閥(fá)的分類(lèi)
調節蝶閥按結構形式主要(yào)分為:中線蝶閥、單偏心蝶閥、雙偏心(xīn)蝶閥和三偏心蝶閥。
中線蝶閥(fá)的結構特征為閥杆軸心線與調節閥密封副接觸麵在同一平麵上,並與閥體(tǐ)通道對稱中(zhōng)心線垂直相交。其結構簡單,製造方便,常見的襯膠對夾式蝶(dié)閥即屬於此類(lèi)。缺點是由於蝶板與(yǔ)閥座始終處於擠(jǐ)壓狀態,阻力大,磨(mó)損快。為保證在擠壓、刮擦後仍保證密封性能,閥座基本(běn)上(shàng)采用橡膠或聚四氟(fú)乙烯等彈性材料,因(yīn)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離了(le)閥門密封副接觸麵,並(bìng)與閥(fá)體通道對稱中心線垂直相交,從而在閥門啟閉過程中蝶板(bǎn)上下端不(bú)再與閥座(zuò)接觸而產生過度擠壓。但由於單(dān)偏心構(gòu)造在閥門(mén)的整個開關過程(chéng)中(zhōng)蝶板密封麵與閥座(zuò)密封麵仍有擠壓、刮擦現象,在應用範圍(wéi)上和(hé)中線蝶閥(fá)大同小異,故采用不多。
雙偏心(xīn)蝶閥的結(jié)構特征(zhēng)為閥杆軸心線既平行偏(piān)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(zài)開啟時蝶板(bǎn)密封麵能瞬間脫離閥座密封麵,消除了蝶板與閥座(zuò)的不必要(yào)的過度擠壓(yā)、刮擦現象(xiàng),減小了密封副間的磨損,減輕了(le)啟閉力矩。同時還使得雙偏(piān)心蝶閥也可以采用金屬閥座,提高了蝶閥在(zài)高溫領域的(de)應用。
三偏心蝶閥的結構特征為閥杆軸心(xīn)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,且(qiě)閥(fá)門密封(fēng)副接觸麵的旋轉體中心線(xiàn)與閥體通道對稱中心線傾斜一角度。三偏心的效果是密(mì)封副的接觸斷麵由真圓變為(wéi)橢圓,從根本上改變了密封副的密封(fēng)原理,使(shǐ)金屬硬密封蝶閥實現零泄漏成為了可(kě)能。
2
蝶閥(fá)設計時要考慮的因素
蝶(dié)閥(fá)功(gōng)能
1
設計時要明確蝶閥是用作接通或截(jié)斷管路中的介質(zhì),還是調節、控製管路中介質的流量和壓力。不(bú)同功能的閥門其密封副設計(jì)時考(kǎo)慮的因素有所不(bú)同,若閥門(mén)是用作接通或截斷管路中(zhōng)的介(jiè)質,則(zé)著重(chóng)考慮閥門的截斷能力,即閥門的密(mì)封性能,在確保(bǎo)所選材料必須耐腐蝕的前提下,低、中壓及常溫閥門常采用(yòng)軟密封的結構形式,中、高溫及高壓閥門則選(xuǎn)用硬密封的結構形式;若閥門是用作調(diào)節、控製管路中介(jiè)質的流量和壓力時,則著重考慮閥門的固有調節特性及調節比。
工(gōng)藝條件
2
設計前首先要充分了解閥門所在工藝係統的工藝條件,包括(kuò):介質(zhì)類型(氣、液、固相及(jí)雙相或多相混合(hé)等)、介質溫度、介質(zhì)壓力、介質流速(或流量)、動力源及其參數(shù)等。
(1)介質類型
蝶閥結構(gòu)形式(shì)通常是根據一種主要(yào)的介質進(jìn)行設計,但也必須考慮到次要的介質,例如用來清洗、試驗和(hé)吹掃等介質,介質的黏附及沉積等均對閥門結構(gòu)設(shè)計有影響;同時更要關注介質的腐蝕性對結(jié)構及材料的影響。
(2)介質溫度
可能引起的問題有:①不同的熱膨脹:溫(wēn)度梯度或膨脹係數不同會(huì)引起閥門密封副的膨脹(zhàng)不均勻,從而導致閥門啟(qǐ)閉時的卡死或泄漏(lòu)。②材料性(xìng)能的變(biàn)化:設計時要考慮材料在高溫下許用(yòng)應力(lì)的降低,另外由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(shí)也(yě)會引起尺寸的變化。③熱應力和熱衝擊。
(3)介質壓(yā)力
主要影響蝶閥承壓件的強度和剛度(dù)設計,及密(mì)封副(fù)的必需比壓和許用比(bǐ)壓的設計。
(4)介質流速
主要影響蝶閥通道及密封副表麵的耐衝蝕性能,特別是氣固、液固兩相流的介(jiè)質,更要謹慎考(kǎo)慮。
(5)動力源(yuán)
其參(cān)數直接影(yǐng)響蝶閥的連接(jiē)接口設計及啟閉時間和驅動靈敏(mǐn)性、可靠性。電源的電壓(yā)和電(diàn)流強度(dù)的變化(huà)對閥門的影響不很(hěn)大,主要是氣源和液壓源的壓力和流量(liàng)將直(zhí)接影響到蝶閥的功能的實現。
強度與剛(gāng)度的考慮(lǜ)
3
蝶閥在設計時除按《閥門設計手冊》提供的靜態(tài)設計計算外,還要考慮因介質壓(yā)力、流速等產生(shēng)的動態載荷,特別是中高壓管係中蝶閥關閉(bì)時(shí)產生的水錘能量,還要考(kǎo)慮環境影響的附加(jiā)載荷(hé)以及管道、支座等引起的附加載荷(hé)。
壓力(lì)損失和流通能力
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壓力損失和流通能力本(běn)質上是同一參數,壓力損失是流體阻力的量度,是閥(fá)門進口壓力與出口壓力之差值,在給定流量下,其(qí)大小主要取決於蝶閥的結構形式、內件的造形(xíng)及表麵粗糙度設計,通常(cháng)用流阻係數來表示。流通能力與閥門(mén)在給定壓力差時流過的最大流量有關,通常用流量係(xì)數來表示。流阻係(xì)數與(yǔ)流量係數(shù)的(de)關係式為:
式中
C——流量(liàng)係(xì)數(shù);
A——閥門流道的截麵積,單位為m2;
K——流阻係數。
通常在(zài)設計時要考慮盡量使閥(fá)門的壓力損失最小和流通能力最大,一般采取的(de)措施有:①閥(fá)體通道不縮徑,通道中應無任何凸出部分,蝶板造形圓滑過(guò)渡。②盡可能減小介質過(guò)流(liú)部位的(de)表麵粗糙度值。③整(zhěng)個通道橫截麵盡量保持不變或(huò)采取平緩過渡結構。
驅動力矩
5
蝶閥的驅動方式根據用戶需要可以是電(diàn)動、氣動、液動、電(diàn)液動以及氣液動(dòng)等,驅(qū)動裝置的輸出轉矩取決於蝶閥所需的輸入轉矩,蝶閥的輸入轉矩又受結構(gòu)形式、密封程度、介質種類(lèi)(水、油、氣和粉體)、介質(zhì)壓(yā)力、工作頻度(低頻度(dù)、高頻(pín)度)以及控製方式(純開閉型、調節型)等因素的影(yǐng)響。蝶閥的結構形式、密封程(chéng)度不同,其輸入轉矩的計算公式也不同(詳見《閥門設計手冊》);使用條(tiáo)件的不(bú)同,所選擇驅動裝置輸出轉矩的(de)安(ān)全係數不同,詳見表1。
表1控製方式選用的安全係數
介質敏感性
6
蝶閥適用於輸送水、油(yóu)、氣體、水固兩相以及(jí)氣固兩相(xiàng)流等多(duō)種介質的管路係統作開關或調(diào)節裝置用,因而蝶閥密封副對介質的敏感(gǎn)性也是設計時(shí)需考慮的重要因素之一(yī),設計時(shí)主要從材料選擇和結構形式(shì)上來考慮。例(lì)如對介質中含塵量較(jiào)高的切斷蝶閥,則要選用彈性好的橡膠材料作密封(fēng)圈,或采用具有自清理結構的多層次金屬硬密封圈,在密(mì)封副相對運動的同時靠密(mì)封副本身能(néng)清除微粒等汙物,或采用吹掃、清洗功能來減輕粉塵(chén)對(duì)密(mì)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,外漏主要是衝蝕或腐蝕而導致,內(nèi)漏主要是(shì)密封副破損而(ér)導致。通常(cháng)所說的(de)壽命是指密封副的使用時間或動作次數,其主要取(qǔ)決於介質種類、介質溫度、介質壓力、啟閉(bì)頻率和啟閉速度等(děng),從而選擇滿足工(gōng)況(kuàng)條(tiáo)件(jiàn)的材料(liào)並進行必要的熱處(chù)理,例如:材料的抗擦傷性能、抗電化學腐蝕性(xìng)能和疲勞強度等。另外密封副的壽命(mìng)與結構(gòu)設計的合理性(xìng)、製造精度等密切相關。
主要件(jiàn)材料選用
8
蝶閥的主要件包括閥體、蝶板、閥杆、閥座(zuò)和密封圈,材料選用的主要依據是工況(kuàng)條件,特別關注材料的耐蝕性及適用溫(wēn)度,一般(bān)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(shì)用溫度及適用介質(zhì)
3
結束語
隨著全球性的節能、環保(bǎo)意識的(de)提(tí)高,大型項目工藝係(xì)統正在不斷向高參數化發(fā)展(zhǎn),從(cóng)而對閥門的工藝參數也(yě)提出了更高、更苛刻的要(yào)求,為了適應高壓、高溫、低溫和多相流等工況下的功能要求,蝶閥(fá)的結構也在不斷更新(xīn)換代,高性能(néng)的特種蝶閥層出不窮,但萬變不離其中,隻有明確工藝係統(tǒng)對閥門的功能(néng)要求,明確工況的各項(xiàng)參數,就能設計出滿(mǎn)足功能要求,性能可靠的調(diào)節蝶閥產品。提高(gāo)生產率(lǜ)。
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