高溫蝶閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 概述
蝶閥以其開(kāi)關(guān)速度快，制造成本低，占用安裝空間小的特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。但是，蝶閥受其結(jié)構(gòu)的影響，在高溫工況下，特別是在650℃以上的高溫工況下，材料受熱膨脹，在開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，容易卡住。本文探討一種適用于650℃以上高溫工況下的新型五桿式偏擺連桿蝶閥。
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在煉油廠催化裝置的煙機(jī)入口處，工作溫度為780℃，短時(shí)為850℃，工作介質(zhì)為含有顆粒狀催化劑的高溫石油氣。由于該處的介質(zhì)溫度高且含有固體顆粒，故用普通的雙偏心或三偏心硬密封蝶閥，在高溫時(shí)由于熱膨脹原因，容易將蝶板卡住，無(wú)法開(kāi)啟。根據(jù)實(shí)際工況，設(shè)計(jì)了新型五桿式偏擺連桿結(jié)構(gòu)的蝶閥。該閥驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)軸套和鍵與閥桿組裝成一體，隨閥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)而擺動(dòng)。套桿和調(diào)節(jié)桿通過(guò)軸套固為一體或是直接制成一個(gè)整體，并空套在閥桿外圓上。邊桿通過(guò)銷軸與固定桿和套桿鉸接。當(dāng)閥桿在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)桿和套桿繞閥桿中心線旋轉(zhuǎn)。由于驅(qū)動(dòng)桿、套桿和邊桿的聯(lián)合動(dòng)作，再帶動(dòng)固定桿動(dòng)作，使蝶板的密封面先平移地脫離閥體的密封面（其平移過(guò)程密封面沒(méi)有摩擦），后發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使閥門(mén)由關(guān)閉狀態(tài)到開(kāi)啟狀態(tài)（圖2）。
3 性能及特點(diǎn)
1）采用五桿式偏擺連桿結(jié)構(gòu)，能夠防止由于溫度升高而使蝶板密封面徑向尺寸受熱脹大，從而發(fā)生蝶板與閥體之間出現(xiàn)卡塞現(xiàn)象。有效地解決了蝶閥的高溫?zé)崤蛎浺Ш蠁?wèn)題。
2）為了提高閥桿內(nèi)件的高溫強(qiáng)度，閥門(mén)的閥桿、連桿、銷、鍵和螺栓等均選用高溫合金鋼。閥體和蝶板選用CF10M（ZG1Cr17Ni14Mo2），該材質(zhì)可耐溫816℃，鑄造及焊接工藝性均良好，且價(jià)格適中。閥體和蝶板的密封面均堆焊鈷鉻鎢硬質(zhì)合金，加工后焊層厚度≥1.6mm，可保證在高溫下密封面有一定硬度而不會(huì)受損。
3）閥桿和導(dǎo)套之間在高溫下要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一般奧氏體不銹鋼和合金鋼在780℃時(shí)表面硬度≤140HB，這個(gè)硬度在受力情況下相互摩擦極易咬傷，所以閥桿和導(dǎo)套的相互摩擦部位，均堆焊STL硬質(zhì)合金。在780℃時(shí)，STL硬度約38HRC，防止了閥桿動(dòng)作的卡塞現(xiàn)象。
4）在上、下閥桿導(dǎo)套內(nèi)設(shè)計(jì)了吹掃孔。氮?dú)饣蛘羝麖拇祾呖谶M(jìn)入閥桿和導(dǎo)套配合間隙處，防止固體催化劑微粒進(jìn)入閥桿與閥體的縫隙內(nèi)。
5）密封面之間沒(méi)有摩擦，高溫下密封效果好，使用壽命長(zhǎng)。
4 設(shè)計(jì)計(jì)算
閥體壁厚SB按第一強(qiáng)度理論計(jì)算。
式中SB———考慮腐蝕裕量后閥體最小壁厚，mm
D———閥體中腔最大內(nèi)徑，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要選定，mm
p———最高使用壓力，按壓力溫度等級(jí)選取，MPa
[σL]———材料的許用拉應(yīng)力，MPa
C———考慮鑄造、焊接偏差、工藝性和介質(zhì)腐蝕等因素而附加的裕量，mm
驅(qū)動(dòng)扭矩MZ為MZ=M1+MZC+MT+M2
式中MZ———閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩，N·m
M1———閥門(mén)開(kāi)啟介質(zhì)力矩，N·m
P———閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)蝶板兩側(cè)的壓力差，MPa
L———傳動(dòng)軸與蝶板中心線的距離，m
D1———密封面的直徑，mm
MZC———閥桿與軸套間產(chǎn)生的摩擦力矩，N·mm
fZ———軸承摩擦系數(shù)（fZ=0.05～0.1）
dQJ———與軸套配合的軸徑，設(shè)計(jì)給定，mm
MT———填料的摩擦力矩，N·m
QT———閥桿與填料的摩擦力，N
QT=ΨdFbTp
dF———閥桿直徑，mm
M2———各鉸軸間的摩擦力矩，N·m
因M2在總力矩中所占比例很小，可以忽略。
5 結(jié)語(yǔ)
五桿式偏擺連桿結(jié)構(gòu)蝶閥解決了蝶閥在高溫狀況下出現(xiàn)的因熱脹而卡死的現(xiàn)象。有效地解決了蝶閥在高溫下的密封問(wèn)題。隨著新材料、新工藝和新結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展，該閥將在冶金、石化等行業(yè)的高溫管道上發(fā)揮其更大的作用。
關(guān)鍵詞：高溫蝶閥
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