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固體顆粒及黏稠性介質中閥門的結構設計

時間:2017-11-13 14:26:00   來源:本網   添加人:admin

  蘇州安特威閥門有限公司(江蘇215212)曹輝李小娟統中球閥在運行中存在的故障并導緻其頻繁更換的現象,介紹了一種新型結構閥門一一盤閥,通過對上述兩種閥門的比較,指出了在磨損物料中使用盤閥的優勢,并且對盤閥的結構設計做出了說明。

  一、系統中普通閥門的使用對于固體顆粒及黏稠性介質來說,為避免介質在管道中堆積,控制閥一般均使用全通徑閥門,而像截止閥等流阻較大的閥門則不宜采用,隻有球閥可供選擇。

  而球閥由于結構上的限制,在普通氣水管道上使用較為正常,但在含固體顆粒介質中使用卻有很大的缺陷,主要體現在以下幾個方面。

  在磨損大的工況下,球體一般采用噴塗硬質合金來增加其耐磨性以保證閥門密封性能,噴塗硬質合金噴塗厚度一般為0.3mm,厚度太厚則會影響塗層結合性能,但此厚度的塗層是不能長期滿足高溫高壓差下的高密封性能要求的。

  有機矽、多晶矽在高溫下稍帶有黏性,并且硬度很高(約70HRC),由于每次開關過程中介質與密封面均在同一位置接觸,在閥門開關過程中易黏着在密封面表層,劃傷密封面,影響閥門密封性能。

  球閥内部容易堆積物料,使閥門開關受礙,在逐步增大的開關扭矩作用下,閥門操作件在短期迅速失效或造成破壞。

  密封件為靜加載,不能對壓力及溫度波動作出反應或補償,影響閥門的密封性能。

  為克服球閥的上述種種缺陷,蘇州安特威閥門有限公司在借鑒國外先進結構的基礎上,經過不斷的改進完善和實踐後,自主研發了偏心耐磨盤閥,達到了對固體顆粒黏性介質的高溫、高壓差、高密封性能的要求。

  盤閥主要由閥體、閥盤、閥座、圓筒、閥杆、彈簧、軸套及搖杆等零部件組成(如所示)。動作時由執行器推動搖杆,帶動閥杆轉動,從而實現閥門的開關,此過程中閥盤既随着閥杆公轉,而且還有自身的自轉。在壓力和溫度波動時,各彈簧均能起到補償作用,從而保證閥門的外漏和内漏均降低到設計許可要求。

  圈I盤閥結構示意圖盤閥是主要針對球閥在使用過程中遇到的各種問題而重新開發的一種快開快關型閥門。為解決高硬度固體顆粒對密封面的沖蝕,閥盤、閥座未采用通用閥門中慣用的基體表面噴塗及堆焊等方式,而全部采用整體燒結式硬質合金,選用此材料在抗彎強度、抗壓強度等方面也有非常優異的表現。這樣不但解決了密封面被高硬度固體顆粒磨損的問題,并且閥盤結構設計要求在開關過程中自旋轉,這樣使得開關時密封部位不唯一,使得閥盤與閥座在開關過程中有自研磨的作用,做到了使用時間越長、密封性能就越好的全新密封特性。在圓筒底部開有吹掃口,根據設計要求定期進行吹掃,避免因物料停滞、結晶及變質可能引起的堵塞而影響閥門正常操作。在各密封件部位均設計為彈簧加載,為操作條件波動提供必要的補償。

  盤閥的主要技術參數(以矽化工低壓常溫碳鋼閥體為例)介質特性:固體,硬度>65,粒徑0.0280.125mm閥門要求禁油脂工作溫度:<300°C最大壓差:0.8MPa氣源壓力:。4MPa密封等級:ANSICLASSW根據工藝系統中存在的流動方向、介質壓差及工作溫度的變化情況,也有多種型号進行處理。

  SD型單閥盤閥門關閉時靜壓力作用于閥盤背面,此時介質壓力起到自密封的作用,适用于反向壓力較低且閥門為自下而上安裝的工況(如所示)。

  LD型雙閥盤但入口側無閥座,此型号對閥門安裝位置沒有特殊要求,但要求必須從無閥座一端進入物料,且不要求雙向密封的場合非常适用(如所LD型雙閥盤LB型單閥盤帶鎖緊裝置,此類閥門均需從帶閥盤一側進入物料,适用于壓差不大但也需要能達到雙向密封的場合(如所示)。

  DD型雙閥盤雙向密封,雙向流動,此形式對安裝方向、位置及壓差均無特殊要求,應用最為廣泛(如所示)。

  對所有溫度高于400C的閥門均采用内壁(所有與介質接觸的零件表面)全部噴焊硬質合金的辦法提高其硬度和耐磨性,現場反映使用情況良好。

  三、主要零件設計計算盤閥的閥體最小壁厚采用ASMEB16.34附錄中壁厚的計算公式進行計算,或按BS5351規定的殼體壁厚進行選取。

  2密封比壓根據公式0GM通用機械閥杆的應力分析支架變形位移分析b―密封面設計寬度,單位為mm;Pn――閥門公稱壓力,單位為MPa. F――作用在閥盤上的力,單位為N;A――閥盤與閥座的接觸面積,單位為mm2.實際設計時應滿足  閥杆強度校核計算ul――密封面摩擦因數。

  1――填料總高度,單位為mm;"2――閥杆與填料摩擦因數。

  扭應力,可通過查閱相關設計手冊獲得。

  閥杆、閥門支架受力情況及變形位移校核由于閥杆和支架受力情況比較複雜,受到氣源壓力波動、執行元件的沖擊、閥門開關次數及頻率、溫度以及閥門内部是否出現局部卡澀等衆多因素的影響。因此對這兩個零件的受力、變形位移進行有限元分析計算,如、所示。

  閥體、彈簧、彈簧座、閥杆的材料見下表。

  材料代碼表名稱材料代碼閥體彈簧彈簧閥軸閥盤閥座彈簧座手柄填料壓蓋填料石墨密封墊304+柔性石墨316+柔性石墨适用溫度/C盤閥是通過滑動盤閥芯來實現開關的一種快開快關型閥門。其設計專門針對帶有磨損、沖蝕特性的物料,能在惡劣工況下連續長期地正常工作。獨有的硬密封面具有自研磨作用,使其在磨損、沖蝕物料上應用的過程中不斷提高密封性,壽命要比其他閥門長好幾倍。

  蘇州安特威閥門有限公司生産的耐磨盤閥已經大量應用于有機矽、多晶矽及有色金屬制造工藝上,得到了廣大用戶的好評,具有廣泛的應用前景。

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