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蝶閥設計與選用

1 蝶閥概述

蝶閥是給水排水管路系統中的一個重要裝置隨著工業技術的進步,對蝶閥的結構及性能提出了不同的要求。因此,在設計及選用時應根據工況條件,對其類型、材料和連接形式等做出合理的選擇。

2 設計

2.1 結構

蝶閥的關閉件(蝶板)在介質中間,設計時應考慮其對流阻的影響。

  1. 關于大口徑蝶閥蝶板的結構,AWWA C504(美國給水工程協會標準)規定,蝶板不應有橫向筋,其厚度不得大于閥桿直徑的 2.25 倍。
  2. 蝶板的迎水面和出水面應呈流線型。
  3. 內部螺釘不能凸出在蝶板外面,以免增加迎水面積。

國外某公司生產的蝶閥為了減小流阻將蝶板做成鐵餅形,也有公司將小型蝶閥蝶板做得很薄,而水電管網上用的蝶閥在全開位置時蝶板有導流件,都是為了減小流阻。我國 JB/T 53171-1999 標準也將國際標準 ISO/TC 153/SC1GT8-37的流阻和流量系數(見《表 1》)列入其中,這說明流阻是一個重要指標。

《表 1》蝶閥的 C (Kv)、K (ξ) 值
公稱通徑 DN
mm
公稱壓力 PN/MPa
小于 16 20.25
C (Kv) K (ξ) C (Kv) K (ξ)
40 50 64 40 2.56
50 80 1.33 45 2.37
65 150 1.27 120 1.98
80 250 1.05 200 1.64
100 400 1.00 300 1.78
125 650 0.92 450 1.93
150 1000 0.81 800 1.26
200 1900 0.71 1500 1.14
250 3100 0365 2500 1.00
300 4700 0.59 3600 1.00
350 6700 0.53 5400 0.82
400 9000 0.51 7000 0.84
450 11500 0.50 9500 0.73
500 14000 0.50 12000 0.69
600 21000 0.47 18000 0.64
700 30000 0.43 25000 0.61
800 41000 0.39 35000 0.53
900 53000 0.37 46000 0.50
1000 67000 0.35 58000 0.48
1200 100000 0.35 87000 0.44

2.2 橡膠密封圈

有時橡膠蝶閥使用壽命較短,這與橡膠質量及密封面寬度有關。橡膠密封蝶閥的密封圈應選用優質的橡膠材料制造,在壓制成型時應遵守工藝規程,不能任意提高硫化溫度,縮短時間,否則容易造成密封圈老化和開裂。與橡膠密封圈配合的金屬密封面應有足夠的寬度,否則橡膠密封圈不易嵌入。另外,閥體及蝶板的形位公差、對稱度、精度、光潔度、密封圈的壓彈量等也影響橡膠密封圈的使用壽命。

2.3 剛度

剛度是蝶閥設計中的重要問題,它與蝶板、閥軸及連接等因素有關。

(1)閥軸尺寸 AWWA C504 中規定了閥軸尺寸。閥軸尺寸達不到要求,可能出現剛度不夠,反向密封泄漏,開啟力矩大等現象。軸的剛度與 1/EI 有關,也就是說要提高剛度減小變形問題應該從提高 EI 著手。E 是彈性模量,一般鋼材差別不大,選用好的材料對剛度影響不大。I 是慣性矩,與軸的截面尺寸有關。閥軸的尺寸一般按彎扭合成計算,它不僅與扭矩有關,而且主要與彎矩有關,尤其大口徑蝶閥彎矩比扭矩大得多。

(2)軸孔配合 AWWA C504的舊版本中規定,蝶閥軸是一根直通的整軸。1980 版本以后,提出可以做成兩段短軸。AWWA C504及 GB12238 規定,軸與孔的嵌入長度應為 1.5d。日本蝶閥軸向尺寸中閥體內邊緣與蝶板支承端之間的間隙(C 值)給出規定,一般與口徑大小有關,在 25~45mm 之間,也就是盡量減小軸支承間的距離(C 值),從而減小軸的彎矩和變形。

(3)蝶板結構 蝶板結構形式與剛度有直接關系,因此除平板形外多做成鍋形或桁架形。總之是為了增大斷面的慣性矩,以提高剛度。

(4)閥體結構 大口徑蝶閥閥體設計中也存在剛度問題。一般有圈筋和橫筋,實際上橫筋只是增加穩定性,不宜太多,主要是圈筋。如果能加∩形筋則對剛度更有利,但存在工藝性差的問題。

2.4 自潤滑軸承

蝶板上所受介質壓力大部或全部(反向)是通過軸傳遞到軸承上去的,因此軸承起到非常重要的作用。國外蝶閥有的轉動很輕巧,小口徑閥門一個手指都能轉動,而國產蝶閥有的轉動卻很沉重,這除了與同軸度、對稱度、加工精度、光潔度和填料的質量有關之外,很重要的一個因素就是軸套材料的潤滑性。AWWA C504 標準提出,閥體中安裝的軸套或軸承應屬于自潤滑材料,軸套存在減磨潤滑問題,不允許銹蝕。沒有軸套,即使閥軸是不銹鋼,閥體也有銹蝕及膠合粘著問題。采用軸套還可以增加剛性。

2.5 軸與蝶板的連接

小口徑蝶閥的軸與蝶板采用鍵或花鍵連接為宜,也可以采用多邊形軸連接或銷釘連接,大口徑蝶閥的軸與蝶板多采用鍵或錐銷等連接。目前軸與蝶板采用銷連接的比較多。在惡劣的工況條件下連接銷有損壞現象,這主要是由于制造的原因,其中吻合精度不好,銷子尺寸選擇不合適,銷子硬度不夠或采用材料不合適等應引起注意。大型蝶閥的軸與蝶板可采用特殊的方法進行連接。

2.6 結構長度

蝶閥的結構長度向短系列發展,但這樣的做法要慎重。因為結構長度太短對強度有影響。國際標準對法蘭蝶閥短系列結構長度做出了規定,但是壓力較高的閥門結構長度不宜改短,否則會出問題,尤其是鑄鐵等脆性材料。

3 選用

3.1 類型

蝶閥有單偏心、斜板式、中線型、雙偏心和三偏心等不同結構。介質壓力通過蝶板作用在閥軸及軸承上,因此在高壓小口徑流阻很大時,其軸徑和蝶板厚度都相應增加,如果采用閘閥和球閥或截止閥,從密封及流阻等方面分析比采用蝶閥合適。

近幾年來,在水系統中軟密封閘閥的出現改善了閘閥容易沉淀泥沙的缺點,其流阻比較小,可以在線維修,用于中小口徑非常合適,因此逐漸得到了應用。

3.2 密封副

金屬密封蝶閥的主要優點是密封可靠、壽命長、耐高溫,不易損壞和撕裂,承壓能力高。因此近些年來應用較多,尤其用于工程系統的關鍵部位。橡膠軟密封蝶閥如果設計制造優良可以得到很好的密封,而且大口徑容易做到在線換圈。但是橡膠存在老化問題,只能用于溫度不高的工況條件下,因此廣泛應用在自來水及供水系統。

國外金屬密封蝶閥也用于火電廠的泵站、凝汽器、抽汽系統及換熱系統,核電站還用于壓力殼隔離、噴淋系統及鹽水等,石油精練系統中的儲油隔離、蒸汽供給閥、脫硫系統和尾氣處理、熱裂解及催化單元中。還有石油化工廠、深冷、漿液和造紙等系統。

對于中溫中壓工況選用金屬密封蝶閥較好。對于要求閥門可靠性高,壽命長,長期不宜更換的地方,也應該選用金屬密封蝶閥。

對用于常溫水的閥門,如果不是要求很高,長期不更換或更換不方便的地方,則宜采用軟密封結構的蝶閥。如果橡膠質量能夠保證,水用大口徑蝶閥仍應以橡膠閥座蝶閥為主。

4 結語

新工藝及新材料的不斷出現,將提高蝶閥的結構性能,擴大蝶閥的使用范圍,并對蝶閥的設計和選用提出更新的要求。

蝶閥設計與選用資料來自上海滔辰閥門有限公司提供,如需轉載請注明資料來源:http://www.uusqhl.live/
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