全液压蓄能快关蝶阀的设计(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)江南阀门有限公司 作者:黄瑞

  介绍了快关蝶阀的性能和结构特点。分析了全液压蓄能驱动装置及其电液联动系统的工作原理。论述了阀门主要零部件的设计过程和方法。

1、概述

  为提高热电厂抽汽汽轮机组运行的安全性和可靠性,防止由汽轮机抽汽管道蒸汽倒流和冷凝水倒灌所引发的汽轮机超速事故,在汽轮机管道上电动截止蝶阀与止回阀之间需安装一台快关蝶阀。在汽轮机组紧急关闭时,接到关阀指令后阀门快速反应并迅速关闭,快关时间≤0.5 s。

2、结构

  全液压快速关闭蝶阀(图1)主要由蝶阀本体、执行机构及其电气控制系统等部分经过高度集成整合而成。开阀时,按下电控箱控制面板上的慢开按钮,液压控制系统工作,液压油进入油缸底部推动活塞带动蝶阀慢开。阀门开到位时行程开关动作,开阀动作终止,系统进入通电待命状态,蓄能器储备液压能。当系统出现紧急状况时,蝶阀接到事故信号,蓄能器释放液压能并通过油缸和齿轮传动机构迅速关闭阀门,快关时间0.18~0.5 s(包括缓冲时间) 。

3、设计

3.1、阀体

  阀体是蝶阀的主要部件,除承受管道介质的压力、温度以及阀门的操作力和管路上的一些不可预见的载荷外,还应能抵抗介质的腐蚀、冲蚀和侵蚀。

全液压快速关闭蝶阀

图1 全液压快速关闭蝶阀

  阀体壁厚为

  式中t———计算壁厚,mm
    P———磅级值×0.07,MPa
    S ———4.92,MPa
    d———阀门的入口内径或开口部位直径( ≥入口内径的0.9倍) ,mm<

  式(1)主要用于采用英制单位系列阀门壁厚的计算,阀门的压力等级为高温定级。例如150 lb的阀门, P260~300 = 150p si (阀门工作温度260~300℃,最大的工作压力可达150p si) 。公制单位系列阀门则采用常温定级, 例如PN16 的阀门, P- 29~38 =116MPa (阀门工作温度- 29~38℃,最大的工作压力可达116MPa) 。计算应区别对待。阀体的最小壁厚也可以查真空技术网另文,其中列出了各公称压力下相应阀门内径所对应的最小壁厚值。高温工况下,应考虑材料的松弛和蠕变对产品性能的影响。

3.2、蝶板

  蝶板是调节流量和切断流量的关闭件。蝶板运行时,经常处于流动介质之中,因此应能承受介质的作用力而不致损坏和产生过大的变形。此外尚应有较好的流态和调节性能。蝶板的设计计算主要是强度与刚度的计算,其弯曲强度为

  式中σw ———蝶板弯曲应力,MPa
    M ———弯曲力矩,N·m
    W ———断面系数, cm2
    [σw ] ———材料的许用弯曲应力,MPa

  蝶板仅计算其强度是不够的。若蝶板变形过大,将增加其转动时的力矩,使蝶板不能转开或由于变形过大而达不到关闭的位置。因此,一般要求蝶板的最大变形量不得超过公称通径的0.1% ~0.2%。对于一些形状复杂的蝶板,已广泛地采用三维有限元法计算蝶板刚度。

3.3、密封副

  密封副是蝶阀的关键部件。普通蝶阀只能作调节用,主要原因就是密封的可靠性没有解决。三偏心多层次密封结构(图2)具有形状简单,易加工,冷作变形应力小,可达到零泄漏和密封效果好等优点。在密封副的多层次中,夹层可以用四氟和石墨等材料。在超高的温度下,可采用全金属密封。蝶阀密封面相互之间应有合理的密封比压值qb。

  式中a———系数(按表1选取)
    c———系数(按表1选取)
    p———公称压力,MPa
    b———密封面宽度, cm

三偏心多层次密封结构

图2 三偏心多层次密封结构

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