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金屬平面密封蝶閥的特點與原理

瀏覽次數: 1574發布日期: 2014-10-25

1前言
     近幾年來,隨著現代工業的發展,蝶閥的使用已從低壓供水擴展到溫度高于538℃,低到-184℃的介質,壓力也從低到高,廣泛用于空分、化工、冶金、污水處理等領域。而且口徑越來越大,性能要求更高,使用壽命要求更長。當前,國內外生產的蝶閥大多數為橡膠密封和塑料密封,容易磨損和老化,達不到設備連續運行周期。以空分為例,當今以深冷分離原理為主的空分設備,其流程都采用分子篩預凈化流程,工作壓力為0.5~0.9mpa,介質溫度的變化范圍在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,而且更換也比較困難。針對這些情況,我公司開發研制了連桿增力式金屬平面密封氣動蝶閥系列。這種新型蝶閥已獲得國家實用型(號為: zl97224037.3)。
    2金屬平面密封氣動蝶閥的特點
     (1)采用杠桿式啟閉結構,使密封副間相對滑動很小,減小相對磨損。
    (2)執行機構采用連桿增力機構。這種機構在蝶閥處于關閉狀態時,驅動裝置能輸出zui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構,具有很強的耐腐蝕性和耐磨性,適用于高溫環境,使用壽命長。
    (4)關鍵部件進行了優化設計,使總的閥門啟閉次數可以達到1×106次以上。
    (5)該閥的控制系統采用非接觸式電磁舌簧開關,不受環境條件限制,而且信號靈敏,準確性高,可以實現遠程遙控,氣動控制和自動控制,與設備配套時也可以實現無人操作。
    3結構及工作原理
     3.1杠桿式啟閉結構
    杠桿式啟閉結構。當蝶閥關閉時,主軸與杠桿用錐銷緊固,繞o點按逆時針旋轉,杠桿用帶孔銷帶動蝶板ab,由壓縮彈簧推動蝶板固定在杠桿的支點n上,隨主軸杠桿的轉動而轉動。當蝶板上端b與閥體密封面全部接觸而達到密封。開啟過程正好相反。在啟閉過程中,密封副間相對滑動很小,減小相對磨損。在關閉狀態為軸向壓力密封,改變傳統的外力擠壓密封。
     3.2連桿增力式執行機構
     連桿增力式執行機構,活塞在氣源壓力的作用下向右移動,活塞桿帶動力臂于箱體內滑動,連桿牽動搖桿順時針轉動,輸出扭矩。而連桿與搖桿長度(h)相同,均等于箱體槽心至輸出中心的距離。箱體槽壁承受側向推力f,分力p牽動搖桿轉動,根據力的分析可知:
     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扭值隨之增加。當β=0°、α=90°時(蝶閥處于關閉狀態),驅動裝置輸出zui大扭矩,而在啟閉過程中的扭矩較小。此特性在曲線上恰好包容了蝶閥操作扭矩曲線,滿足蝶閥在關閉或開啟狀態時所需的密封力矩。
     3.3平面密封結構
     過去的氣動蝶閥密封副一般采用球面密封,密封壓力是徑向擠壓作用力,其密封過盈量不能任意調整,密封性能取決于密封材料的過盈量,因此,設計中選擇密封材料及其過盈量就顯得十分重要。在工作中,特別是在分子篩預凈化流程中,切換閥工作在10~200℃范圍內,采用橡膠密封圈時,橡膠的線性膨脹系數很大,受溫度變化影響大,過盈量很難準確確定。如果過盈量大,不但增大摩擦力,而且時常出現“啃邊”和“翻舌”現象,使密封失效,過盈量小則出現泄漏。即使過盈量選擇合理,而這種閥門切換頻繁,經過一段時間運行后還會因磨損而失效。假如采用非橡膠密封材料,據目前資料所知,它們的彈性變形很小,徑向密封過盈很難控制,制造相當復雜,成本很高。同時對橡膠密封材料來說,溫度的不斷變化,使橡膠密封圈因溫度疲勞破壞而造成過早老化,對于大型空分設備配備的大口徑氣動蝶閥,更換密封圈就十分困難。
     新型密封氣動蝶閥則采用金屬平面密封結構,閥瓣作為非易損件采用不銹鋼堆焊硬質合金,閥座密封環采用銅基合金或不銹鋼堆焊代鈷合金,它們具有很強的耐腐蝕和耐磨性,使用溫度范圍大,在-40~300℃之間可以長期使用,因此,使用壽命比橡膠密封大得多。
      由于閥板的運動機構采用杠桿形式,當閥板關閉后,閥板與閥座成為平面接觸密封,其后杠桿相當于凸輪機構,如果主軸繼續旋轉,那么閥板向前繼續平移達到力的平衡,有工作介質壓力時,還能實現自密封,保證了密封可靠性。當整個密封面磨損后,還具有自動補償密封磨損量的特性,從而延長了使用壽命。
    由于該閥門采用合理的結構,其使用性能比國內其它閥門好,已經能夠取代國外同類產品。

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