全液壓蓄能快關蝶閥的設計

2010-02-10 黃瑞江南閥門有限公司

　　介紹了快關蝶閥的性能和結構特點。分析了全液壓蓄能驅動裝置及其電液聯動系統的工作原理。論述了閥門主要零部件的設計過程和方法。

1、概述

　　為提高熱電廠抽汽汽輪機組運行的安全性和可靠性,防止由汽輪機抽汽管道蒸汽倒流和冷凝水倒灌所引發的汽輪機超速事故,在汽輪機管道上電動截止蝶閥與止回閥之間需安裝一臺快關蝶閥。在汽輪機組緊急關閉時,接到關閥指令后閥門快速反應并迅速關閉,快關時間≤0.5 s。

2、結構

　　全液壓快速關閉蝶閥(圖1)主要由蝶閥本體、執行機構及其電氣控制系統等部分經過高度集成整合而成。開閥時,按下電控箱控制面板上的慢開按鈕,液壓控制系統工作,液壓油進入油缸底部推動活塞帶動蝶閥慢開。閥門開到位時行程開關動作,開閥動作終止,系統進入通電待命狀態,蓄能器儲備液壓能。當系統出現緊急狀況時,蝶閥接到事故信號,蓄能器釋放液壓能并通過油缸和齒輪傳動機構迅速關閉閥門,快關時間0.18～0.5 s(包括緩沖時間) 。

3、設計

3.1、閥體

　　閥體是蝶閥的主要部件,除承受管道介質的壓力、溫度以及閥門的操作力和管路上的一些不可預見的載荷外,還應能抵抗介質的腐蝕、沖蝕和侵蝕。

全液壓快速關閉蝶閥

圖1　全液壓快速關閉蝶閥

　　閥體壁厚為

　　式中t———計算壁厚,mm
　　　　P———磅級值×0.07,MPa
　　　　S ———4.92,MPa
　　　　d———閥門的入口內徑或開口部位直徑( ≥入口內徑的0.9倍) ,mm<

　　式(1)主要用于采用英制單位系列閥門壁厚的計算,閥門的壓力等級為高溫定級。例如150 lb的閥門, P260～300 = 150p si (閥門工作溫度260～300℃,最大的工作壓力可達150p si) 。公制單位系列閥門則采用常溫定級, 例如PN16 的閥門, P- 29～38 =116MPa (閥門工作溫度- 29～38℃,最大的工作壓力可達116MPa) 。計算應區別對待。閥體的最小壁厚也可以查真空技術網另文,其中列出了各公稱壓力下相應閥門內徑所對應的最小壁厚值。高溫工況下,應考慮材料的松弛和蠕變對產品性能的影響。

3.2、蝶板

　　蝶板是調節流量和切斷流量的關閉件。蝶板運行時,經常處于流動介質之中,因此應能承受介質的作用力而不致損壞和產生過大的變形。此外尚應有較好的流態和調節性能。蝶板的設計計算主要是強度與剛度的計算,其彎曲強度為

　　式中σw ———蝶板彎曲應力,MPa
　　　　M ———彎曲力矩,N·m
　　　　W ———斷面系數, cm²　　　　[σw ] ———材料的許用彎曲應力,MPa

　　蝶板僅計算其強度是不夠的。若蝶板變形過大,將增加其轉動時的力矩,使蝶板不能轉開或由于變形過大而達不到關閉的位置。因此,一般要求蝶板的最大變形量不得超過公稱通徑的0.1% ～0.2%。對于一些形狀復雜的蝶板,已廣泛地采用三維有限元法計算蝶板剛度。

3.3、密封副

　　密封副是蝶閥的關鍵部件。普通蝶閥只能作調節用,主要原因就是密封的可靠性沒有解決。三偏心多層次密封結構(圖2)具有形狀簡單,易加工,冷作變形應力小,可達到零泄漏和密封效果好等優點。在密封副的多層次中,夾層可以用四氟和石墨等材料。在超高的溫度下,可采用全金屬密封。蝶閥密封面相互之間應有合理的密封比壓值qb。