连杆蝶阀是蝶阀的一种结构形式,主要应用于冶金高炉热风炉系统的管道中,它具有体积小、重量轻、动作灵活、拆装方便等优点。因此,连杆蝶阀在热风炉系统的空气、煤气、烟气等介质管道中得到了广泛应用。
图1 连杆蝶阀结构图
一、连杆蝶阀的结构特点
连杆蝶阀的结构如图1所示,它主要由驱动装置、阀板、阀体、主轴、杆系等零部件组成。调节阀的启闭是靠驱动装置驱动主轴带动杆系机构运动,从而实现阀板的打开和关闭。通过图1可以看出,无论阀门在开启还是关闭的时候,阀板及其连动部件始终是在介质的包围之中。当阀门关闭时,阀板要承受介质的所有压力,这样就会引起阀板的塑性变形,进而使其连动件引起变形;当阀门开启时,阀板又会受到介质的冲刷,以及介质流动所引起的阀板本身的振动,这样同样会加快连动部件的损坏,尤其是铰接处固体自润滑轴承的损坏。因此,连杆蝶阀阀板的寿命也就是连杆蝶阀的寿命。
二、连杆蝶阀阀板的结构分析
根据连杆蝶阀阀板的结构特点,加工制造时一般不采用铸造结构,传统阀板主要采用焊接的形式,如图2所示,阀板上两立板采用钢板直接下料,大圆钢板下料后需要热压成形,压出一定弧度,然后与立板焊接,最后进行机加工。
1 立板 2 垫板 3 大圆钢板
图2 传统阀板结构
从工艺角度对此种结构的阀板进行分析,从图2中可以看出,阀板由三部分组成:立板、垫板、大圆钢板。如果采用此种结构的阀板,垫板和立板可以直接下料成形,而大圆钢板则需要工艺人员首先算出下料尺寸,然后再按要求的弧度做出压形胎具,用胎具将大圆钢板压制成形,最后与其他两件组对焊接。而主要问题就出在制造压形胎具这一步,通过图2可以看出,阀板中心部分为弧形,边缘是一平面,这就需要每做一个规格的阀门,就要做一种胎具,否则不能压出所需要的形状。这无形之中就增加了企业的制造成本。
用有限元技术对这种结构进行分析,如图3所示是在DN1700连杆蝶阀传统结构阀板上加0.4MPa压力时的分析结果,可以看出整个阀板最大变形处在两立板上,此时发生的最大变形为1.69mm,这样会使与阀板相连的销轴和轴套受到很大的损坏。如图4所示是热风炉冷风管道的DN1700冷风阀的损坏情况(冷风管道压力为0.47MPa,温度为350℃),该阀门损坏原因是与阀板相连的销轴变弯,销轴处自润滑轴承被完全挤碎。
图3 阀板有限元分析
图4 DN1700冷风阀现场图
三、阀板的优化设计
通过上面从不同角度对阀板结构的分析,了解了传统阀板结构的不足之处,通过现场实践及用计算机的模拟分析,最后把阀板的结构改进为如图5结构。虽然只是对原来的结构作了很小的调整,但是这给加工制造带来很大的方便,对于一个系列的产品,可以将大圆钢板设计成一个弧度,这样只用一套胎具就可以满足设计要求。同样阀板的刚度和强度也都有很大的提高。图6是对改进后的DN1700连杆蝶阀阀板施加0.4MPa压力分析出来的结果(注:改进后的阀板大圆钢板、垫板、立板与传统阀板上各件的厚度相同)。阀板的最大位移仍然发生在立板这个框架上,但只有0.13mm的变形量,是传统结构阀板变形量的1/13。由于销轴与固体自润滑轴承之间有一定的的设计间隙,所以这样的变形量,不会影响阀门的正常使用。
1 肋板(三) 2 肋板(二) 3 肋板(一) 4 立板 5 垫板 6 大圆钢板 7 座圈
图5 改进后的阀板结构
图6 改进后阀板的有限元分析
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