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論文擇要：介紹了金屬平面密封氣動(dòng)蝶閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，細(xì)致說(shuō)明這種蝶閥的研制和應(yīng)用情況，分析了蝶閥綜合性能及其發(fā)展前景。 1前言 近幾年來(lái)，隨著當(dāng)代工業(yè)的發(fā)展，蝶閥的使用已從低壓供水?dāng)U展到溫度高于538℃，低到-184℃的介質(zhì)，壓力也從低到高，廣泛用于空分、化工、冶金、污水處理等領(lǐng)域。而且口徑越來(lái)越大，性能要求更高，使用壽命要求更長(zhǎng)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的蝶閥大多數(shù)為橡膠密封和塑料密封，容易磨損和老化，達(dá)不到設(shè)備延續(xù)運(yùn)行周期。以空分為例，當(dāng)今以深冷星散原理為主的空分設(shè)備，其流程都采用分子篩預(yù)凈化流程，工作壓力為0.5～0.9MPa，介質(zhì)溫度的轉(zhuǎn)變范圍在10～200℃，其切換閥使用溫差大，口徑大，切換頻繁，閥門橡膠密封圈容易磨損和老化，而且替換也比較困難。針對(duì)這些情況，我公司開發(fā)研制了連桿增力式金屬平面密封氣動(dòng)蝶閥系列。這種新型蝶閥已獲得國(guó)家實(shí)用型專利(專利號(hào)為：ZL97224037.3)。 2金屬平面密封氣動(dòng)蝶閥的特點(diǎn) (1)采用杠桿式啟閉結(jié)構(gòu)，使密封副間相對(duì)滑動(dòng)很小，減小相對(duì)磨損。 (2)實(shí)行機(jī)構(gòu)采用連桿增力機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)在蝶閥處于關(guān)閉狀況時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝配能輸出最大扭矩，且具有自鎖性能，工作安全可靠。 (3)采用金屬平面密封結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的耐腐蝕性和耐磨性，適用于高溫環(huán)境，使用壽命長(zhǎng)。 (4)關(guān)鍵部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使總的閥門啟閉次數(shù)可以達(dá)到1×106次以上。 (5)該閥的控制體系采用非接觸式電磁舌簧開關(guān)，不受環(huán)境條件限定，而且旌旗燈號(hào)靈敏，正確性高，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)途遙控，氣動(dòng)控制和主動(dòng)控制，與設(shè)備配套時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。 3結(jié)構(gòu)及工作原理 3.1杠桿式啟閉結(jié)構(gòu) 杠桿式啟閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)y關(guān)閉時(shí)，主軸與杠桿用錐銷緊固，繞O點(diǎn)按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，杠桿用帶孔銷帶動(dòng)蝶板AB，由壓縮彈簧推動(dòng)蝶板固定在杠桿的支點(diǎn)N上，隨主軸杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)迳隙薆與閥體密封面悉數(shù)接觸而達(dá)到密封。開啟過(guò)程恰好相反。在啟閉過(guò)程中，密封副間相對(duì)滑動(dòng)很小，減小相對(duì)磨損。在關(guān)閉狀況為軸向壓力密封，改變傳統(tǒng)的外力擠壓密封。 3.2連桿增力式實(shí)行機(jī)構(gòu) 連桿增力式實(shí)行機(jī)構(gòu)，活塞在氣源壓力的作用下向右移動(dòng)，活塞桿帶動(dòng)力臂于箱體內(nèi)滑動(dòng)，連桿牽搖動(dòng)桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出扭矩。而連桿與搖桿長(zhǎng)度(h)雷同，均等于箱體槽心至輸出中間的距離。箱體槽壁承受側(cè)向推力F，分力P牽搖動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)力的分析可知： P=Q/cosαα=sin-1(1-sinβ) M扭=Phcos(90-α-β)=Qhsin(α+β)/cos(α+β) 由上式可知，β角減小，α角增大，M扭值隨之增長(zhǎng)。當(dāng)β=0°、α=90°時(shí)(蝶閥處于關(guān)閉狀況)，驅(qū)動(dòng)裝配輸出最大扭矩，而在啟閉過(guò)程中的扭矩較小。此特征在曲線上正好包容了蝶閥操作扭矩曲線，知足蝶閥在關(guān)閉或開啟狀況時(shí)所需的密封力矩。 3.3平面密封結(jié)構(gòu) 曩昔的氣動(dòng)蝶閥密封副一樣平常采用球面密封，密封壓力是徑向擠壓作用力，其密封過(guò)盈量不能任意調(diào)整，密封性能取決于密封材料的過(guò)盈量，因此，設(shè)計(jì)中選擇密封材料及其過(guò)盈量就顯得十分緊張。在工作中，分外是在分子篩預(yù)凈化流程中，切換閥工作在10～200℃范圍內(nèi)，采用橡膠密封圈時(shí)，橡膠的線性膨脹系數(shù)很大，受溫度轉(zhuǎn)變影響大，過(guò)盈量很難正確確定。假如過(guò)盈量大，不但增大摩擦力，而且時(shí)常出現(xiàn)“啃邊”和“翻舌”征象，使密封失效，過(guò)盈量小則出現(xiàn)走漏。即使過(guò)盈量選擇合理，而這種閥門切換頻繁，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后還會(huì)因磨損而失效。如果采用非橡膠密封材料，據(jù)目前資料所知，它們的彈性變形很小，徑向密封過(guò)盈很難控制，制造相稱復(fù)雜，成本很高。同時(shí)對(duì)橡膠密封材料來(lái)說(shuō)，溫度的賡續(xù)轉(zhuǎn)變，使橡膠密封圈因溫度委靡破壞而造成過(guò)早老化，對(duì)于大型空分設(shè)備配備的大口徑氣動(dòng)蝶閥，替換密封圈就十分困難。 新型密封氣動(dòng)蝶閥則采用金屬平面密封結(jié)構(gòu)，閥瓣作為非易損件采用不銹鋼堆焊硬質(zhì)合金，閥座密封環(huán)采用銅基合金或不銹鋼堆焊代鈷合金，它們具有很強(qiáng)的耐腐蝕和耐磨性，使用溫度范圍大，在-40～300℃之間可以長(zhǎng)期使用，因此，使用壽命比橡膠密封大得多。 因?yàn)殚y板的活動(dòng)機(jī)構(gòu)采用杠桿情勢(shì)，當(dāng)閥板關(guān)閉后，閥板與閥座成為平面接觸密封，厥后杠桿相稱于凸輪機(jī)構(gòu)，假如主軸繼承旋轉(zhuǎn)，那么閥板向前繼承平移達(dá)到力的平衡，有工作介質(zhì)壓力時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)自密封，保證了密封可靠性。當(dāng)整個(gè)密封面磨損后，還具有主動(dòng)補(bǔ)償密封磨損量的特征，從而延伸了使用壽命。 因?yàn)樵撻y門采用合理的結(jié)構(gòu)，其使用性能比國(guó)內(nèi)其它閥門好，已經(jīng)能夠庖代國(guó)外同類產(chǎn)品。 4試驗(yàn)效果及應(yīng)用情況 我公司于1997年4月首先研制成功PN1.0MPaDN300氣動(dòng)蝶閥，并進(jìn)行了性能指標(biāo)試驗(yàn)和模仿現(xiàn)場(chǎng)工況試驗(yàn)，效果如下： 4.1性能指標(biāo)試驗(yàn) 氣源壓力：0.4MPa；管道壓力：0.95MPa；介質(zhì)溫度：常溫；開啟次數(shù)：1500次(要求1000次/a)；動(dòng)作啟閉時(shí)間：10s。 4.2模仿現(xiàn)場(chǎng)工況試驗(yàn) 氣源壓力：0.4MPa；管道壓力：0.7MPa；介質(zhì)溫度：150℃；開啟次數(shù)：8000次(要求1000次/a)；動(dòng)作啟閉時(shí)間：10s；走漏量：8000次試運(yùn)行后，作氣密性試驗(yàn)其走漏量為零。 經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后，對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行檢查，主密封面無(wú)磨損痕跡，實(shí)行機(jī)構(gòu)的活動(dòng)部件及閥內(nèi)活動(dòng)部件齊備無(wú)損，且團(tuán)體動(dòng)作天真，運(yùn)行可靠。目前，這種閥門已經(jīng)系列化，可以與大中小型空分設(shè)備配套使用。 此后，我們又開發(fā)出PN1.0MPaDN400蝶閥，于1997年12月在長(zhǎng)治鋼廠六千空分設(shè)備上使用，性能優(yōu)秀，深受用戶好評(píng)。 為了適應(yīng)小型高純氮設(shè)備流程必要，我們又組織開發(fā)了PN1.6MPaDN150和DN200蝶閥，也被用戶選用。 針對(duì)我公司為天津鐵廠提供1.5萬(wàn)大型空分設(shè)備，1997年10月又組織開發(fā)了PN1.0MPaDN500和DN600蝶閥，于1998年6月20日在天鐵1.5萬(wàn)空分設(shè)備上正式使用，至今運(yùn)行優(yōu)秀，得到用戶的依靠。最近，魯南化工廠1.6萬(wàn)空分設(shè)備所配套DN500DN600閥門也將開始運(yùn)行。它的成功應(yīng)用標(biāo)志著高壓力、大口徑的金屬硬密封蝶閥長(zhǎng)期依靠進(jìn)口的歷史已經(jīng)結(jié)束，同時(shí)也彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)大口徑金屬硬密封蝶閥的應(yīng)用空白。 通過(guò)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)均達(dá)到要求，知足空分設(shè)備工藝流程的要求，該產(chǎn)品已經(jīng)供應(yīng)用戶使用。目前，我公司這種閥門重要是為空分設(shè)備配套，自1997年投產(chǎn)以來(lái)，已經(jīng)生產(chǎn)DN200～DN600不同規(guī)格閥門100多臺(tái)，供給國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，另外還出口到印尼20多臺(tái)也在運(yùn)行當(dāng)中。 金屬平面密封氣動(dòng)蝶閥不僅適用于空分行業(yè)，也適用于化工、冶金、污水處理、煤氣、石油及其它天燃?xì)夤艿垒斔托袠I(yè)。尤其是天燃?xì)廨斔凸艿浪瞄y門為大口徑蝶閥，采用這種氣動(dòng)閥門既能知足密封性能的要求，又能防火保證輸送的安全性，而且中心維修少，價(jià)格低，是最理想的配套產(chǎn)品。由此可見，金屬平面密封氣動(dòng)蝶閥往后必將庖代國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品，成為市場(chǎng)主導(dǎo)產(chǎn)品，具有廣闊的發(fā)展前景。

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