连铸机冷却水系统常用阀门的选用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国重型机械研究院有限公司 作者:周士凯

  简述连铸机冷却水系统特点及水质要求。重点阐述蝶阀球阀的特性,并分析阀门在连铸机冷却水系统中的作用,给出了选用方法。

1、前言

  阀门的用途是广泛的,而且作用很大。在连铸机冷却水系统(以下简称水系统)中阀门起调节流量;启、闭;检修等作用,它能保证连铸机设备正常运行,延长设备使用寿命,保证连铸机能够生产出合格的铸坯。

  然而,阀门同连铸机其它设备相比往往被忽视,如果阀门选型不当,会使整个冷却系统调节能力不够,生产效率低或造成其他事故。因此,水系统阀门要根据连铸机的特殊要求进行合理的选用。

2、连铸机冷却水系统

  冷却水系统分为四个系统:(1)结晶器冷却水系统,水质为软水,进水压力约为1.0MPa,温度为35~55℃。(2)设备间接冷却水系统,水质为净循环水,进水压力为0.6~0.8MPa,温度为40~55℃。(3)二次冷却水系统,水质为浊循环水,进水压力恒压为1.0MPa,温度约为40℃。(4)设备直接冷却水系统,水质为浊循环水,进水压力不小于0.4MPa,温度约为40℃。表1为各系统水质要求。

表1 连铸机冷却水水质要求

连铸机冷却水水质要求

3、水系统阀门的选用

  根据连铸机冷却水系统的要求,该系统应该选用低压PN≤1.6MPa、常温-40℃≤t≤120℃、非特大口径DN≤1400mm的金属材料阀门。水系统阀门既要满足一般性能要求,更要满足连铸机的特殊性能要求,下面就水系统常用的蝶阀、球阀的选用进行分析。

3.1、蝶阀的选用

  蝶阀是用圆盘式启闭件往复回转0°~90°来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。

  (1)水系统常用中线蝶阀和双偏心密封蝶阀

  双偏心蝶阀阀板在0°~90°开启过程中,从0°转到8°~12°时阀板可完全脱离阀座密封面,从而阀板与阀座的密封面之间相对机械磨损、挤压转角更短,提高了阀门寿命,图1为双偏心蝶阀开启、关闭原理图。由于水系统管路(DN100以上管路)的过滤器经常需要检修、清洗,所以双偏心蝶阀特别适用于过滤器的进、出口及其旁通,其余选用中线蝶阀即可满足水系统寿命要求。

图1 双偏心蝶阀开启、关闭原理图

  (2)具有良好的密封性

  阀门密封材料有合成橡胶阀座和聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座等。由于合成橡胶易老化、磨损、脱落,可能堵塞结晶器铜板水缝、扇形段喷嘴、扇形段轴承座等,因此选用聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座更适用连铸设备。图2为聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座中线蝶阀。

聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座中线蝶阀

图2 聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座中线蝶阀

  (3)具有良好的流量调节特性

  当蝶阀开启在15°~70°之间时,能进行灵敏的流量控制,特别适用结晶器铜板冷却回路,配合回路上的气动调节阀和电磁流量计,可以有效弥补气动调节阀的调节范围。图3为蝶阀在结晶器铜板冷却回路的应用。

  (4)蝶阀在管路中的压力损失比较大,大约是闸阀的三倍,因此在选择蝶阀时应充分考虑管路系统压力损失的影响。

蝶阀在结晶器铜板冷却回路的应用

图3 蝶阀在结晶器铜板冷却回路的应用

  管路中阀门所造成的压强损失可表示为:

管路中阀门所造成的压强损失

  式中

  ΔP为管路中阀门造成的压强损失,MPa;K为阀门的压强损失系数;K1为阀门部分开启时造成的压力损失系数,阀门全开时,K1=1;v为水流平均速度,m/s;ρ为水的密度,kg/m3

  蝶阀的压力损失系数K根据阀板的厚度约为0.2~1.5。图4为蝶阀K1的近似结果。

部分开启蝶阀压强损失系数的近似结果

图4 部分开启蝶阀压强损失系数的近似结果

3.2、球阀选用

  球阀由旋塞阀演变而来,它的启闭件为一个球体,利用球体绕阀杆的轴线旋转90°实现开启和关闭的目的。

  (1)水系统中常选用浮动球球阀和V形开口的球阀,用在管路不大于DN125的管路上。浮动球球阀主要起开、闭作用;V形开口的球阀用于流量调节。图5为浮动球球阀,图6为法兰连接的V形开口调节球阀。

浮动球球阀

图5 浮动球球阀

法兰连接的V形开口调节球阀

图6 法兰连接的V形开口调节球阀

  (2)具有良好的密封性。水系统常用密封材料为聚四氟乙烯,摩擦系数小、性能稳定、不易老化等。

  (3)与蝶阀相比,V形开口球阀更具良好的流量调节特性。涡轮传动V形开口球阀具有精确调节并可靠定位的功能,流量特性近似等百分比,可调范围大,最大可调比为100:1,图7为V形开口球阀的调节特性曲线。此类球阀适用于二次冷却系统的支路,配合回路上的气动调节阀和电磁流量计,可以较精确弥补气动调节阀的调节范围;适用于设备间接冷却回水支路,配合就地显示流量计,可以精确地调整分配到每个扇形段的水量。

V形开口球阀的调节特性

图7 V形开口球阀的调节特性

  (4)具有最低的流阻,对于全通径球阀,在全开状态下,流阻可以视为零。

4 、结论

  (1)蝶阀适用于水系统DN125以上管路;在启闭较频繁的过滤器进出口及其旁通选用双偏心密封蝶阀;在结晶器回水管路选用中线蝶阀进行流量调节;密封选用选用聚四氟乙烯、合成橡胶构成的复合阀座;选用蝶阀需考虑压力损失。

  (2)球阀适用于DN125以下的管路;在二次冷却支路和设备间接冷却回水支路上选用涡轮传动V形开口球阀进行精确流量调节;密封选用聚四氟乙烯阀座;对于全通径球阀,全开状态下,不考虑球阀在管路上造成的压力损失。

  (3)对于连铸机冷却水系统要求,选用蝶阀和球阀完全可以满足管路的开、闭及流量的精确调整,可以替代闸阀、截止阀等阀门。

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