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金屬平麵密封蝶閥的開發

2019-11-28 12:03   评论:55 点击:902
1前言 近幾年來,隨著現代產業的發展,蝶閥的使用已從低壓供水擴展到溫度高於538℃,低到-184℃的介質,壓力也從低到高,廣泛用於空分、化工、冶金、汙水處理等領域。而且口徑愈來愈大,性能要求更高,使用壽命要求更長 。當前,國內外生產的蝶閥大多數為橡膠密封和塑料密封,輕易磨損和老化,達不到設備連續運行周期。以空分為例,當今以深冷分離道理為主的空分設備,其流程都采用分子篩預淨化流程,工作壓力為0.5~0.9MPa,介質溫度的變化範圍在10~200℃,其切換閥使用溫差大,口徑大,切換頻繁,閥門橡膠密封圈輕易磨損和老化,而且更換也比較困難。針對這些情況,我公司開發研製了連杆增力式金屬平麵密封氣動蝶閥係列。這類新型蝶閥已獲得國家實用型專利(專利號為:ZL97224037.3)。 2金屬平麵密封氣動蝶閥的特點 (1)采用杠杆式啟閉結構,使密封副間相對滑動很小,減小相對磨損。 (2)履行機構采用連杆增力機構。這類機構在蝶閥處於封閉狀況時,驅動裝配能輸出最大扭矩,且具有自鎖性能,工作安全可靠 。 (3)采用金屬平麵密封結構,具有很強的耐腐蝕性和耐磨性,適用於高溫環境,使用壽命長。 (4)關鍵部件進行了優化設計 ,使總的閥門啟閉次數可以達到1×106次以上。 (5)該閥的控製係統采用非接觸式電磁舌簧開關,不受環境條件限製,而且信號靈敏,精確性高,可以實現長途遠控,氣動控製和主動控製 ,與設備配套時也可以實現無人操縱。 3結構及工作道理 3.1杠杆式啟閉結構 杠杆式啟閉結構。當蝶閥封閉時,主軸與杠杆用錐銷緊固,繞O點按逆時針旋轉,杠杆用帶孔銷帶動蝶板AB,由壓縮彈簧推動蝶板固定在杠杆的支點N上,隨主軸杠杆的轉動而轉動。當蝶板上端B與閥體密封麵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。在封閉狀況為軸向壓力密封,改變傳統的外力擠壓密封。 3.2連杆增力式履行機構 連杆增力式履行機構,活塞在氣源壓力的感化下向右移動,活塞杆帶動力臂於箱體內滑動,連杆牽動搖杆順時針轉動,輸出扭矩。而連杆與搖杆長度(h)相同,均即是箱體槽心至輸出中間的間隔。箱體槽壁承受側向推力F,分力P牽動搖杆轉動,根據力的分析可知: P=Q/cosαα=sin-1(1-sinβ) M扭=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β=0°、α=90°時(蝶閥處於封閉狀況),驅動裝配輸出最大扭矩,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縱扭矩曲線,滿足蝶閥在封閉或開啟狀況時所需的密封力矩 。 3.3平麵密封結構 過往的氣動蝶閥密封副一般采用球麵密封,密封壓力是徑向擠壓感化力,其密封過盈量不能任意調整,密封性能取決於密封材料的過盈量 ,是以,設計當選擇密封材料及其過盈量就顯得十分首要。在工作中,特別是在分子篩預淨化流程中,切換閥工作在10~200℃範圍內,采用橡膠密封圈時,橡膠的線性膨脹係數很大,受溫度變化影響大,過盈量很難精確確定。假如過盈量大 ,不但增大摩擦力,而且時常出現“啃邊”和“翻舌”現象,使密封失效,過盈量小則出現泄漏。即使過盈量選擇公道,而這類閥門切換頻繁,經過一段時間運行後還會因磨損而失效。假如采用非橡膠密封材料,據目前資料所知,它們的彈性變形很小,徑向密封過盈很難控製 ,製造相當複雜,本錢很高。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憊破壞而造成過早老化,對於大型空分設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麵密封結構,閥瓣作為非易損件采用不鏽鋼堆焊硬質合金,閥座密封環采用銅基合金或不鏽鋼堆焊代鈷合金,它們具有很強的耐腐蝕和耐磨性,使用溫度範圍大,在-40~300℃之間可以長期使用,是以,使用壽命比橡膠密封大得多。 由於閥板的活動機構采用杠杆形式,當閥板封閉後,閥板與閥座成為平麵接觸密封,其後杠杆相當於凸輪機構,假如主軸繼續旋轉,那麽閥板向前繼續平移達到力的平衡,有工作介質壓力時,還能實現自密封,保證了密封可靠性 。當全部密封麵磨損後,還具有主動補償密封磨損量的特性,從而延長了使用壽命。 由於該閥門采用公道的結構,其使用性能比國內其它閥門好 ,已能夠取代國外同類產品。 4試驗結果及利用情況 我公司於1997年4月首先研製成功PN1.0MPaDN300氣動蝶閥 ,並進行了性能指標試驗和模擬現場工況試驗,結果如下: 4.1性能指標試驗 氣源壓力:0.4MPa;管道壓力:0.95MPa;介質溫度:常溫;開啟次數:1500次(要求1000次/a);動作啟閉時間:10s。 4.2模擬現場工況試驗 氣源壓力:0.4MPa;管道壓力 :0.7MPa;介質溫度:150℃;開啟次數:8000次(要求1000次/a);動作啟閉時間:10s;泄漏量 :8000次試運行後,作氣密性試驗其泄漏量為零。 經過試驗後,對各個部件進行檢查,主密封麵無磨損痕跡,履行機構的活動部件及閥內活動部件完好無損,且整體動作靈活,運行可靠。目前,這類閥門已係列化,可以與大中小型空分設備配套使用。 此後,我們又開發出PN1.0MPaDN400蝶閥,於1997年12月在長治鋼廠六千空分設備上使用,性能良好,深受用戶好評。 為了適應小型高純氮設備流程需要,我們又組織開發了PN1.6MPaDN150和DN200蝶閥 ,也被用戶選用。 針對我公司為天津鐵廠提供1.5萬大型空分設備 ,1997年10月又組織開發了PN1.0MPaDN500和DN600蝶閥,於1998年6月20日在天鐵1.5萬空分設備上正式使用 ,至今運行良好,得到用戶的依靠。比來,魯南化工廠1.6萬空分設備所配套DN500DN600閥門也將開始運行。它的成功利用標誌著高壓力、大口徑的金屬硬密封蝶閥長期依靠進口的曆史已結束,同時也填補了國內大口徑金屬硬密封蝶閥的利用空缺。 通過實際利用,各項設計指標均達到要求,滿足空分設備工藝流程的要求,該產品已供給用戶使用。目前,我公司這類閥門首要是為空分設備配套 ,自1997年投產以來,已生產DN200~DN600不同規格閥門100多台,供給國內市場 ,另外還出口到印尼20多台也在運行當中。 金屬平麵密封氣動蝶閥不僅適用於空分行業,也適用於化工、冶金、汙水處理、煤氣 、石油及其它天燃氣管道輸送行業 。特別是天燃氣輸送管道所用閥門為大口徑蝶閥,采用這類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,是最理想的配套產品 。因而可知,金屬平麵密封氣動蝶閥今後必將取代國內外同類產品,成為市場主導產品,具有廣闊的發展遠景。1頁

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