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关于连杆蝶阀的结构分析

     连杆蝶阀是蝶阀的一种结构形式,主要应用于冶炼高炉热风炉系统和预热炉系统,作为烟道阀、煤气切断阀、煤气燃烧阀、助燃空气切断阀、冷风阀等使用,在系统中起切断作用。它与同规格的闸阀相比具有体积小、重量轻、动作灵活等优点,与偏心蝶阀相比,又具有加工制造简单,容易实现密封等优点,因此,近两年来连杆蝶阀在冶金行业的煤气、烟气、空气等介质管道中得到广泛的应用。

    1 结构形式

    连杆蝶阀主要由驱动装置、阀体、主轴、杆系、阀板、轴端密封件、轴端支撑件等零部件组成,其结构简图如图1所示。

    2 工作原理

    连杆蝶阀的主要技术集中在中间杆系部分,各连杆可分别定义为主动杆、固定杆、辅助杆。如图2连杆蝶阀杆系结构示意图所示,主动杆一端通过键或销与主轴相连,另一端连接到阀板上;固定杆通过主轴和阀体实现固定,在阀板的整个运动过程中起到固定支撑的作用,辅助杆一端与固定杆连接,另一端与阀板连接,在阀板的运动过程中起到实现一定轨迹的作用。连杆蝶阀的杆系部分可以看成一个四连杆机构,这样阀板在开启的瞬间可以实现一个垂直向上的运动,使阀板、阀体的密封面迅速脱开,如图3为连杆蝶阀阀板运行轨迹显示两密封面无相对摩擦,保证了调节阀的使用寿命。

    3 主要技术参数(见表1)

    4 不同结构连杆蝶阀的分析

    尽管连杆蝶阀中间杆系部分是一个四连杆机构,但由于生产厂家不同,连杆蝶阀的具体内部结构和外观又有很大的差异。下面就几种典型结构进行分析,并对其优缺点进行讨论。

    4.1 长连杆蝶阀

    如图4所示,长连杆蝶阀是连杆蝶阀一种结构形式,它也是较早期的连杆蝶阀产品,我国是在20世纪90年代初期结合引进国外二手设备的基础上开始研发和制作此种结构的阀门,这种阀门主要应用在高炉热风炉系统的烟气、冷风等介质管道上,部分取代了传统的闸阀,目前在邯钢仍然使用着此种结构的阀门,已经运行八年之久。

    4.1.1 长连杆蝶阀与传统的闸阀相比的优点

    1)质量轻、启闭迅速、维修方便。

    2)阀板密封面与阀体密封面在启闭过程中无相对摩擦,保证了阀门的使用寿命。

    3)阀板密封面与阀体密封面不受温度的影响,不会出现闸阀闸板楔死问题。

    4)由于主轴在阀体的外部,对轴承及轴端密封的维护比较方便。

    5.1.2 长连杆蝶阀的缺点

    1)主轴偏心矩大,阀板打开所需驱动力大。

    2)主轴设计在阀体的上面,体积比其它类蝶阀大。

    4.2 短连杆蝶阀

    针对长连杆蝶阀的缺点,在国内又出现了短连杆蝶阀,如图5所示,短连杆蝶阀是在第一代长连杆蝶阀的基础上进行的优化设计,它继承了长连杆蝶阀优点,短连杆蝶阀产品可以看作连杆蝶阀的第二代产品。现在这种蝶阀产品广泛应用在国内外各大中小钢铁公司,如国内鞍钢、本钢、包钢、济钢等;国外有印度布山、巴西G/A等。主要应用在高炉热风炉和预热炉煤气、空气、烟气管道上,取代传统的闸阀,据用户反映使用状况都比较好。

    4.2.1 短连杆蝶阀的优点1)主轴设置在阀体内腔,体积小。

    2)连杆短,杆系刚性好,运行平稳,所需驱动力小。

    3)主轴支撑套外置,温度对支撑套影响小。

    4)受力点作用于阀板中央,保证密封面受力均匀。

    5)尤其单支撑连杆蝶阀,四连杆机构体积更小,结构紧凑,流阻降到最低。

    6)主轴支撑套外置,温度对支撑套影响小。

    4.2.2 短连杆蝶阀的缺点

    1)由于主轴和各杆系均在阀体内部,所以必须采用较高配置材质才能保证阀门的使用寿命。

    2)阀板全开时无限位,容易造成阀板过开,阀板倾斜,流阻增大。

    4.3 新结构连杆蝶阀

    通过十几年的不断研究,结合产品实际运行情况经验的积累以及借鉴国外先进结构,将连杆蝶阀进一步改进和完善,其结构形式如图6。

    该种形式的阀门已在宝钢、鞍钢、本钢、广西万鑫、印度南方等用户使用,从目前反馈信息表明,基本解决了第二代产品在使用过程中出现的问题。

    优点:

    1)继承第二代产品的优点。

    2)轴端采用双组多层填料密封结构。

    3)在驱动侧增加机械限位机构,有效控制阀板全开的位置。

    5 结论

    在我国高炉设计技术的推动下,通过十几年的研究,国内连杆蝶阀有了很大的改进和发展,随着连杆蝶阀结构的不断完善以及使用寿命的大大提高,必将在高炉热风炉系统得到更加广泛的应用。

    参考文献

    (1)成大先主编。《机械设计手册》(第四版)。北京:化学工业出版社,2002
    (2)黄日新主编。《工业专用阀门手册》。北京:机械工业出版社,1992
    (3)杨黎明等主编。《机械零件设计手册》。北京:国防工业出版社,1984
    (4)孟少农主编。《机械加工工艺师手册》。北京:机械工业出版社,1992