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金屬平面密封蝶閥的開發(fā)與應(yīng)用

2009年03月17日 11:41:25人氣:705來源:上海艾迪爾自控儀表有限公司

1 前言 近幾年來,隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,蝶閥的使用已從低壓供水?dāng)U展到溫度高于538,低到-184的介質(zhì),壓力也從低到高,廣泛用于空分、化工、冶金、污水處理等領(lǐng)域。而且口徑越來越大,性能要求更高,使用壽命要求更長。當(dāng)前,國內(nèi)外生產(chǎn)的蝶閥大多數(shù)為橡膠密封和塑料密封,容易磨損和老化,達不到設(shè)備連續(xù)運行周期。以空分為例,當(dāng)今以深冷分離原理為主的空分設(shè)備,其流程都采用分子篩預(yù)凈化流程,工作壓力為0.50.9MPa,介質(zhì)溫度的變化范圍在10200,其切換閥使用溫差大,口徑大,切換頻繁,閥門橡膠密封圈容易磨損和老化,而且更換也比較困難。針對這些情況,我公司開發(fā)研制了連桿增力式金屬平面密封氣動蝶閥系列。這種新型蝶閥已獲得國家實用型號為:ZL 97 2 24037.3) 2 金屬平面密封氣動蝶閥的特點 &n
bsp; (1)
采用杠桿式啟閉結(jié)構(gòu),使密封副間相對滑動很小,減小相對磨損。(2)執(zhí)行機構(gòu)采用連桿增力機構(gòu)。這種機構(gòu)在蝶閥處于關(guān)閉狀態(tài)時,驅(qū)動裝置能輸出zui大扭矩,且具有自鎖性能,工作安全可靠。(3)采用金屬平面密封結(jié)構(gòu),具有很強的耐腐蝕性和耐磨性,適用于高溫環(huán)境,使用壽命長。(4)關(guān)鍵部件進行了優(yōu)化設(shè)計,使總的閥門啟閉次數(shù)可以達到1×106次以上。 (5)該閥的控制系統(tǒng)采用非接觸式電磁舌簧開關(guān),不受環(huán)境條件限制,而且信號靈敏,準(zhǔn)確性高,可以實現(xiàn)遠程遙控,氣動控制和自動控制,與設(shè)備配套時也可以實現(xiàn)無人操作。3 結(jié)構(gòu)及工作原理 3.1 杠桿式啟閉結(jié)構(gòu) 杠桿式啟閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)y關(guān)閉時,主軸與杠桿用錐銷緊固,繞O點按逆時針旋轉(zhuǎn),杠桿用帶孔銷帶動蝶板AB,由壓縮彈簧推動蝶板固定在杠桿的支點N上,隨主軸杠桿的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。當(dāng)?shù)迳隙?/font>B與閥體密封面全部接觸而達到密封。開啟過程正好相反。在啟閉過程中,密封副間相對滑動很小,減小相對磨損。在關(guān)閉狀態(tài)為軸向壓力密封,改變傳統(tǒng)的外力擠壓密封。3.2 連桿增力式執(zhí)行機構(gòu) 連桿增力式執(zhí)行機構(gòu),活塞在氣源壓力的作用下向右移動,活塞桿帶動力臂于箱體內(nèi)滑動,連桿牽動搖桿順時針轉(zhuǎn)動,輸出扭矩。而連桿與搖桿長度(h)相同,均等于箱體槽心至輸出中心的距離。箱體槽壁承受側(cè)向推力F,分力P牽動搖桿轉(zhuǎn)動,根據(jù)力的分析可知: P=Q/cosα  α=sin-1(1-sinβ) M=Phcos(90-α-β)=Qhsin(α+β)/cos(α+β) 由上式可知,β角減小,α角增大,M扭值隨之增加。當(dāng)β=0°α=90°蝶閥處于關(guān)閉狀態(tài),驅(qū)動裝置輸出zui大扭矩,而在啟閉過程中的扭矩較小。此特性在曲線上恰好包容了蝶閥操作扭矩曲線,滿足蝶閥在關(guān)閉或開啟狀態(tài)時所需的密封力矩。3.3 平面密封結(jié)構(gòu) 過去的氣動蝶閥密封副一般采用球面密封,密封壓力是徑向擠壓作用力,其密封過盈量不能任意調(diào)整,密封性能取決于密封材料的過盈量,因此,設(shè)計中選擇密封材料及其過盈量就顯得十分重要。在工作中,特別是在分子篩預(yù)凈化流程中,切換閥工作在10200范圍內(nèi),采用橡膠密封圈時,橡膠的線性膨脹系數(shù)很大,受溫度變化影響大,過盈量很難準(zhǔn)確確定。如果過盈量大,不但增大摩擦力,而且時常出現(xiàn)啃邊翻舌現(xiàn)象,使密封失效,過盈量小則出現(xiàn)泄漏。即使過盈量選擇合理,而這種閥門切換頻繁,經(jīng)過一段時間運行后還會因磨損而失效。假如采用非橡膠密封材料,據(jù)目前資料所知,它們的彈性變形很小,徑向密封過盈很難控制,制造相當(dāng)復(fù)雜,成本很高。同時對橡膠密封材料來說,溫度的不斷變化,使橡膠密封圈因溫度疲勞破壞而造成過早老化,對于大型空分設(shè)備配備的大口徑氣動蝶閥,更換密封圈就十分困難。新型密封氣動蝶閥則采用金屬平面密封結(jié)構(gòu),閥瓣作為非易損件采用不銹鋼堆焊硬質(zhì)合金,閥座密封環(huán)采用銅基合金或不銹鋼堆焊代鈷合金,它們具有很強的耐腐蝕和耐磨性,使用溫度范圍大,在-40300之間可以長期使用,因此,使用壽命比橡膠密封大得多。 由于閥板的運動機構(gòu)采用杠桿形式,當(dāng)閥板關(guān)閉后,閥板與閥座成為平面接觸密封,其后杠桿相當(dāng)于凸輪機構(gòu),如果主軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn),那么閥板向前繼續(xù)平移達到力的平衡,有工作介質(zhì)壓力時,還能實現(xiàn)自密封,保證了密封可靠性。當(dāng)整個密封面磨損后,還具有自動補償密封磨損量的特性,從而延長了使用壽命。由于該閥門采用合理的結(jié)構(gòu),其使用性能比國內(nèi)其它閥門好,已經(jīng)能夠取代國外同類產(chǎn)品。

4 試驗結(jié)果及應(yīng)用情況 我公司于19974月首先研制成功PN1.0MPa DN300氣動蝶閥,并進行了性能指標(biāo)試驗和模擬現(xiàn)場工況試驗,結(jié)果如下:4.1 性能指標(biāo)試驗 氣源壓力:0.4MPa;管道壓力:0.95MPa;介質(zhì)溫度:常溫;開啟次數(shù):1500要求1000/a);動作啟閉時間:10s 4.2 模擬現(xiàn)場工況試驗 氣源壓力:0.4MPa;管道壓力:0.7MPa;介質(zhì)溫度:150;開啟次數(shù):8000要求1000/a);動作啟閉時間:10s;泄漏量:8000次試運行后,作氣密性試驗其泄漏量為零。 經(jīng)過試驗后,對各個部件進行檢查,主密封面無磨損痕跡,執(zhí)行機構(gòu)的運動部件及閥內(nèi)運動部件完好無損,且整體動作靈活,運行可靠。目前,這種閥門已經(jīng)系列化,可以與大中小型空分設(shè)備配套使用。此后,我們又開發(fā)出PN1.0MPa DN400蝶閥,于199712月在長治鋼廠六千空分設(shè)備上使用,性能良好,深受用戶好評。為了適應(yīng)小型高純氮設(shè)備流程需要,我們又組織開發(fā)了PN1.6MPa DN150DN200蝶閥,也被用戶選用。 針對我公司為天津鐵廠提供1.5萬大型空分設(shè)備,199710月又組織開發(fā)了PN1.0MPa DN500DN600蝶閥,于1998620在天鐵1.5萬空分設(shè)備上正式使用,至今運行良好,得到用戶的依賴。zui近,魯南化工廠1.6萬空分設(shè)備所配套DN500 DN600閥門也將開始運行。它的成功應(yīng)用標(biāo)志著高壓力、大口徑的金屬硬密封蝶閥長期依賴進口的歷史已經(jīng)結(jié)束,同時也*了國內(nèi)大口徑金屬硬密封蝶閥的應(yīng)用空白。通過實際應(yīng)用,各項設(shè)計指標(biāo)均達到要求,滿足空分設(shè)備工藝流程的要求,該產(chǎn)品已經(jīng)供給用戶使用。目前,我公司這種閥門主要是為空分設(shè)備配套,自1997年投產(chǎn)以來,已經(jīng)生產(chǎn)DN200DN600不同規(guī)格閥門100多臺,供應(yīng)國內(nèi)市場,另外還出口到印尼20多臺也在運行當(dāng)中。 金屬平面密封氣動蝶閥不僅適用于空分行業(yè),也適用于化工、冶金、污水處理、煤氣、石油及其它天燃氣管道輸送行業(yè)。尤其是天燃氣輸送管道所用閥門為大口徑蝶閥,采用這種氣動閥門既能滿足密封性能的要求,又能防火保證輸送的安全性,而且中間維修少,價格低,是的配套產(chǎn)品。由此可見,金屬平面密封氣動蝶閥今后必將取代國內(nèi)外同類產(chǎn)品,成為市場主導(dǎo)產(chǎn)品,具有廣闊的發(fā)展前景。

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