上海申弘閥門(mén)有限公司
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1 之前介紹自力式壓力調(diào)節(jié)閥在化工行業(yè)應(yīng)用，現(xiàn)在介紹大口徑液控三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和電力行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)高性能、大口徑液控蝶閥的需求越來(lái)越大。液控蝶閥主要應(yīng)用于水電站水輪機(jī)進(jìn)口，或水利、電力和給排水等各類(lèi)泵站的水泵出口。工作時(shí)，液控蝶閥與管道主機(jī)連鎖控制，按照水力過(guò)程控制原理，通過(guò)電氣控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的啟閉控制程序，實(shí)現(xiàn)管路的截止，有效消除水錘對(duì)管路的沖擊，起到保護(hù)管路系統(tǒng)安全的作用。
2 大口徑液控三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特性
液控蝶閥主要由三偏心金屬密封蝶閥、機(jī)械傳動(dòng)裝置、液壓油缸、液壓泵站和電氣控制系統(tǒng)等組成（圖1）。分水電站用液控蝶閥和泵站用液控蝶閥,是一種集機(jī)-電-液控制于一體，性能*、控制完善、工作可靠的管路控制設(shè)備，是一種智能型的閥門(mén)，可應(yīng)用于水電站，作水輪機(jī)進(jìn)水控制閥，起導(dǎo)通和截止作用；或應(yīng)用于泵站，作水泵出口控制閥，起導(dǎo)通、截止和止回作用。
該閥用于水輪機(jī)進(jìn)口時(shí)，能與機(jī)組實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，作連通和截?cái)嗨饔茫_(kāi)啟為油壓驅(qū)動(dòng)，開(kāi)閥力矩大，開(kāi)啟平穩(wěn)，速度可調(diào)，全開(kāi)后自動(dòng)鎖定在全開(kāi)位置，蝶板不抖動(dòng)，流阻小，不會(huì)因水流擾動(dòng)或控制系統(tǒng)故障突然自動(dòng)關(guān)閉導(dǎo)致機(jī)組事故停機(jī)。按預(yù)先調(diào)定的程序關(guān)閥，關(guān)閥分兩個(gè)階段，先快關(guān)大部分行程，快速截?cái)啻蟛糠炙鳎乐顾啓C(jī)甩負(fù)載后飛逸；后慢關(guān)剩余行程，減免水錘危害，有效地保護(hù)水輪機(jī)組的正常工作，快關(guān)、慢關(guān)的行程及速度均可方便調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的范圍能滿(mǎn)足水電站工況的需要，是目前*的水輪機(jī)進(jìn)口控制設(shè)備。
該閥用于水泵出口時(shí)，與水泵實(shí)現(xiàn)泵閥聯(lián)動(dòng)，可方便實(shí)現(xiàn)先啟泵后開(kāi)閥或先開(kāi)閥后啟泵。在停泵或水泵事故跳閘時(shí)能可靠關(guān)閉，防止水體倒流，起到一閥代替兩閥（閘閥和止回閥）的功能。在控制上，依用戶(hù)工況需要，可實(shí)現(xiàn)停電（跳閘）自動(dòng)關(guān)閥或停電(跳閘)手動(dòng)關(guān)閥的功能。分快關(guān)和慢關(guān)兩階段關(guān)閉，快關(guān)行程、快關(guān)時(shí)間、慢關(guān)行程、慢關(guān)時(shí)間均可調(diào)節(jié)，可*水泵工況運(yùn)行需要。有效防止停泵后大量水體倒流、水泵反轉(zhuǎn)超速，并減免水錘危害,是泵站*閥門(mén)。
韶閥牌 系列液控止回蝶閥采用液壓驅(qū)動(dòng)，油壓高,接力器體積小,結(jié)構(gòu)緊湊。按工況需要，可提供全開(kāi)后的機(jī)械鎖定裝置。開(kāi)閥時(shí)，蝶板打開(kāi)，系統(tǒng)同時(shí)舉起一個(gè)重錘，關(guān)閥時(shí)利用舉起的重錘蓄能關(guān)閉，無(wú)需大型蓄能罐。因此關(guān)閥無(wú)需動(dòng)力油源，關(guān)閥動(dòng)力直觀可見(jiàn)，液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠。
蝶板采用合理的雙偏心設(shè)計(jì)，使關(guān)閥時(shí)能夠利用動(dòng)水的作用力（加上重錘的重力勢(shì)能）幫助閥門(mén)關(guān)閉，既減少了重錘體積，又提高了關(guān)閥可靠性。閥門(mén)配備了手搖泵和手動(dòng)關(guān)閥裝置，必要時(shí)可手動(dòng)開(kāi)、關(guān)閥。隨閥配備的電氣控制箱用于就地控制操作。液控蝶閥可實(shí)現(xiàn)就地、遠(yuǎn)程和聯(lián)動(dòng)控制。
2.1 大口徑液控三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三偏心金屬密封蝶閥
三偏心金屬密封蝶閥主要由閥體、蝶板、密封圈和閥桿等組成（圖2）。閥桿旋轉(zhuǎn)中心與閥體軸向中心（管）之間有一個(gè)偏離X，閥桿旋轉(zhuǎn)中心與閥座密封面之間的偏離Y，密封錐面中心線(xiàn)與管道軸線(xiàn)間夾角θ。偏心X和Y的結(jié)合產(chǎn)生了一種凸輪效應(yīng)。當(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，蝶板可以快速脫離閥座，有效的減小了蝶板與閥座的磨損，降低了閥門(mén)的開(kāi)關(guān)力矩。三偏心金屬密封蝶閥具有啟閉靈活，力矩小，操作簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
2.2 機(jī)械傳動(dòng)裝置
機(jī)械傳動(dòng)部分主要由箱體、箱蓋、開(kāi)關(guān)指示、齒輪、齒條、齒條座和調(diào)整座等組成，齒輪齒條傳動(dòng)將液壓缸的直線(xiàn)推力運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成閥門(mén)的圓周運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行啟閉動(dòng)作。
2.3 液壓油缸部分
液壓油缸部分主要由缸體、活塞、活塞桿、缸頭和缸蓋等組成。液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，使機(jī)械實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2.4 液壓泵站部分
液壓泵站主要由油箱、液壓集成塊、電機(jī)、高壓油泵、蓄能器和管路等組成。根據(jù)液控蝶閥的動(dòng)作要求，液控泵站主要由兩條控制油路和一條輔助油路控制閥門(mén)的啟閉、緩閉和游動(dòng)等動(dòng)作。
2.5 電氣控制部分
電氣控制部分主要由控制箱柜、低壓電器、可編程控制器（PLC）和轉(zhuǎn)換電源等組成。控制系統(tǒng)以PLC為核心，可提供對(duì)單個(gè)蝶閥的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和遠(yuǎn)距離手動(dòng)，可接受來(lái)自DCS的控制信號(hào)，與循環(huán)水泵配合聯(lián)動(dòng)。提供蝶閥卡澀報(bào)警，蓄能器壓力低和異常報(bào)警，過(guò)扭矩報(bào)警，油源濾油器堵塞報(bào)警，油箱液位超高或超低報(bào)警等功能。執(zhí)行開(kāi)閥操作時(shí)，如在規(guī)定時(shí)間內(nèi)蝶閥未能正常開(kāi)啟，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)停循環(huán)水泵。
3 大口徑液控三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)
3.1 蝶閥
（1）殼體小壁厚
鋼及合金鋼圓形閥體（圖3）的小壁厚tB為
式中 p———計(jì)算壓力，MPa
Dn———計(jì)算內(nèi)徑，mm
［σL］———許用拉應(yīng)力，MPa
C———腐蝕余量，mm
（2）蝶板
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥三偏心蝶閥的蝶板（圖4）受力比較復(fù)雜，采用估算法算出蝶板的厚度，然后用Solidworks或有限元分析軟件進(jìn)行校核，確定蝶板的合適尺寸。液控緩閉蝶閥是目前國(guó)內(nèi)外較*管路控制設(shè)備，生要安裝于水電站水輪機(jī)進(jìn)口.用作水輪機(jī)迸口閥;或安裝于水利、電力、給排水等各類(lèi)泵站的水泵出口，替代止回閥和閘閥的功能。工作時(shí)，閥門(mén)與管道主機(jī)配合，按照水力過(guò)渡過(guò)程原理，通過(guò)預(yù)設(shè)的啟閉程序，有效消除管路水錘,實(shí)現(xiàn)管路的可靠截止，起到保護(hù)管路系統(tǒng)安全的作用。
本公司生產(chǎn)的液士空緩閉蝶閥流阻系數(shù)小、智能化程度高、功能齊全、性能穩(wěn)定可靠，是我公司設(shè)計(jì)人員在廣泛搜集、研究、總結(jié)國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上，引入閥門(mén)、液壓、電氣等行業(yè)的多項(xiàng)研究成果，厚積而薄發(fā)，開(kāi)發(fā)出來(lái)的新一代智能化節(jié)能產(chǎn)品。公司技術(shù)力量雄厚，并可根據(jù)用戶(hù)的特殊要求單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，多方位滿(mǎn)足廣大用戶(hù)對(duì)該類(lèi)產(chǎn)品的需要。
該產(chǎn)品主要有如下特點(diǎn):
1、可取代水泵出日處原電動(dòng)閘閥和止回閥的功能且機(jī)、電、液系統(tǒng)集成為一個(gè)整體，減少占地面積及基建投資。
2、電液控制功能齊全，無(wú)需另外配置即可以作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)單機(jī)就地調(diào)試、控制;也可以作為集散性控制系統(tǒng)(DCS)的一個(gè)設(shè)備單元，通過(guò)I/O通道由中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行尖中管理，與水泵、水輪機(jī)、旁通閥及其他管道設(shè)備實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)操作;并配有手動(dòng)功能，無(wú)動(dòng)力電源時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開(kāi)、關(guān)閥，滿(mǎn)足特殊工況條件下的閥門(mén)調(diào)試、控制要求。
3、可控性好，調(diào)節(jié)范圍人、適應(yīng)性強(qiáng)。電液控制系統(tǒng)設(shè)有多處調(diào)節(jié)點(diǎn)，可以按不同的管道控制要求進(jìn)行啟閉程序設(shè)置，保證在滿(mǎn)足開(kāi)、關(guān)閥條件時(shí)，閥門(mén)能夠白動(dòng)按預(yù)先設(shè)定的時(shí)問(wèn)、角度開(kāi)啟和分快、慢速度關(guān)閉。并能實(shí)現(xiàn)無(wú)電關(guān)閥，有效消除破J不性水錘，防止水泵和水輪機(jī)組飛逸事故的發(fā)生，降低管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力波動(dòng)，保障沒(méi)備的安全可靠運(yùn)行。
4、主閥密封為三偏心金屬密封或雙偏心橡膠密封結(jié)構(gòu)，啟閉輕松、密封可靠;并有一道額外加大的偏心，使閥門(mén)具有良好的自關(guān)閉、自密封性能。中、小l一]徑蝶板設(shè)計(jì)成流線(xiàn)型平板結(jié)構(gòu)，大V-1徑蝶板設(shè)計(jì)面雙平板析架式結(jié)構(gòu)，水流平順，閥門(mén)流阻系數(shù)小，節(jié)能效果明顯。
（3）大口徑液控三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)閥桿力矩
閥桿力矩M為
式中 MM———密封面間摩擦力矩，N·mm
MC———閥桿軸承摩擦力矩，N·mm
MT———密封填料摩擦力矩，N·mm
MJ———靜水力矩，N·mm
MD———動(dòng)水力矩，N·mm
qM———密封面必需比壓，MPa
R———蝶板密封半徑，mm
bM———密封面接觸寬度，mm
fM———密封面摩擦因數(shù)
h———閥桿與蝶板中心的偏心距，mm
FC———作用在閥桿軸承上的載荷，N
fC———軸承摩擦系數(shù)
bM———密封面接觸寬度，mm
dF———閥桿直徑，mm
D———蝶板直徑，mm
ρ———介質(zhì)密度，N/mm3
g———重力加速度，mm/s2
mΦ———動(dòng)水力系數(shù)
H———大靜壓水頭，mm
qv———體積流量，m3/h
A———管子截面積，m2
t———關(guān)閥時(shí)間，s
εΦ———蝶板開(kāi)度為Φ°時(shí)的流阻系數(shù)
ε0———蝶板開(kāi)度為0°時(shí)的流阻系數(shù)
V———介質(zhì)流速，mm/s
（4）閥桿強(qiáng)度
一般情況下，蝶閥的閥桿通常選用沒(méi)有臺(tái)階的整體棒料加工（圖5），其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τN為
式中 W———抗扭斷面系數(shù)，mm3
［τN］———材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa
（5）支架法蘭螺栓
螺栓的組合設(shè)計(jì)有多種形式，應(yīng)根據(jù)蝶閥支架的結(jié)構(gòu)形式（圖6）進(jìn)行受力分析。
單個(gè)螺栓載荷力Fo和螺栓小徑d為
式中 Kn———安全系數(shù)
Z———螺栓數(shù)量
r———螺栓孔距中心半徑，mm
μ———結(jié)合面摩擦系數(shù)
［σ］———材料的許用應(yīng)力，MPa與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組
