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        煉鋼轉爐用氣動蝶閥結構設計

        作者:胡萬強 2013年10月28日 來源: 瀏覽量:
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        閥桿軸心同時偏離蝶片中心及本體中心,且密封副為斜椎的蝶閥稱為三偏心蝶閥。三偏心蝶閥因具有無死區設計、雙重安全構造、本體閥座構造等特點,廣泛應用于介質溫度小于425℃的治金、電力、石油化工以及給排水和市政

            閥桿軸心同時偏離蝶片中心及本體中心,且密封副為斜椎的蝶閥稱為三偏心蝶閥。三偏心蝶閥因具有無死區設計、雙重安全構造、本體閥座構造等特點,廣泛應用于介質溫度小于425℃的治金、電力、石油化工以及給排水和市政建設等工業管道上,作調節流量和載斷流體使用。三偏心蝶閥自問世以來,為滿足日益嚴酷的工況要求,其本身也在經歷著自我完善和不斷發展的過程。即使最基本的零泄漏,理論上三偏心蝶閥都可以做到,但實際上還是有賴于周密的設計和精密的制造。此次設計的蝶閥即為三偏心蝶閥,采用雙作用氣缸驅動,主要用于鋼鐵廠轉爐爐氣的回收,也可用于化工、電站、石油等行業。

            1 三偏心蝶閥主要零件設計

            作者所設計的三偏心蝶閥如圖1所示,該閥主要由閥體、閥桿、蝶板、蝶柱、支架、支座等零件組成。此閥的工作原理是:氣缸通過閥桿帶動蝶板轉動,蝶板與閥體密封面吻合,將通道切斷,即為關閉;反之,則為開啟。

            1.1 閥體結構設計

            閥體是蝶閥中重要零件之一,其質量通常占整個閥體總質量的70%左右。根據轉爐煉鋼產生一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氫氣、水蒸氣、少量的氧氣及微量的甲烷等廢氣這一特點,閥體選用球墨鑄鐵QT400,它有足夠的強度、剛度和耐腐蝕性,可以滿足設計要求。

        圖1 三偏心蝶閥結構圖

            根據參考資料,查得相應的公稱壓力pg=2.5×105Pa,由公稱通徑DN=100mm和公稱壓力即可確定蝶閥的法蘭類型為鑄鐵雙法蘭連接,查相關文獻可得閥體的結構總長為L=150mm,寬度為K=160mm。根據閥門的流通能力和流體的阻力系數要求,確定閥體的流動通道為100mm。

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            閥體最小壁厚可根據以下公式計算:

            

            式中:p'為關閉瞬間前后的壓力差,p'=317.52Pa。將相關數據代入以上公式,可得T≥12.37mm,圓整后取T=15mm。

            設計的閥體結構圖見圖2。

        圖2 閥體結構圖

            1.2 蝶板的設計計算

            (1)蝶板大端直徑D的確定

            根據GB/T12238-2008,由公稱通徑可得出蝶板大端的直徑即蝶閥閥座的最小通徑D=94mm。

            (2)蝶板中性面長短半徑的確定

            蝶板中性面的長半徑

            

            短半徑

            

            式中:A0為蝶閥閥座最小通徑的一半;α為偏心角,根據密封副材料,偏心角取目前閥門制造商廣為采用的參數,選α=15°;E為蝶板中性面,取值10mm。將相關數據代入以上公式中,得RA=45.56mm,RB=43.89mm。

            1.3 蝶閥密封比的確定

            由參考文獻可得蝶閥密封比的公式為:

            

            式中:pj為計算壓力,pj=pg+p';m為比例系數,取值為1;α為外圓半徑,取值35mm;c為內圓半徑,取1mm;b為密封副接觸寬度,取值27.2mm。將以上數據代入公式,得:qh=22.74×105Pa,對于剛性密封面,qh按公式計算出來的值降低25%,即qh=17.05×105Pa。

         ♂

            1.4 蝶閥的軸向和徑向偏心距設計計算

            經過計算,徑向偏心距e滿足0<e<RA/2,軸向偏心距c滿足5mm<c<32.8mm。因蝶閥的密封力矩與徑向偏心距近似成正比關系,因此應盡量降低徑向偏心距e的大小。徑向偏心距e同時也滿足如下關系:

            

            將相關數據代入上式中,得e<11.16mm,根據實際要求,可取e=8mm。設閥桿直徑為d,為了保證蝶閥具有完整、連續的密封表面,則軸向偏心距c還應滿足下面公式:。為了增加閥桿的剛度,閥桿的直徑值應取大些,經綜合考慮,取c=20mm,代入上式,計算得閥桿直徑d=24mm。

            2 傳動方案的設計及分析

            由于該蝶閥主要用于鋼鐵轉爐,對精度和聲音的要求不高,故采用氣動驅動方式,氣缸采用雙作用式普通單氣缸。三偏心蝶閥通過閥桿帶動蝶板轉動,如果蝶板與閥體密封面吻合,將通道切斷,即為關閉;反之,則為開啟。氣動系統見圖3所示。

        圖3 氣動系統圖

            3 結束語

            氣動蝶閥主要是由氣動執行器和蝶閥組成,氣動蝶閥是用隨閥桿轉動的圓形蝶板做啟閉件,以實現啟用動作的氣動閥門,主要用作截斷閥使用。而三偏心蝶閥作為比較高級的一種蝶閥,因其獨特的性能在國民生產和生活中得到比較廣泛的應用。作者針對鋼鐵轉爐系統設計了一種三偏心蝶閥,并對其主要零件進行了設計計算。

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