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液控蝶閥的設(shè)計(jì)計(jì)算

作者:浙江順源閥門有限公司 來(lái)源:http://www.2ee6.com/ 發(fā)布于:2016-12-23 16:08:04
液控蝶閥的設(shè)計(jì)計(jì)算
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和電力行業(yè)的飛速發(fā)展,對(duì)高性能、大口徑液控蝶閥的需求越來(lái)越大。液控蝶閥主要應(yīng)用于水電站水輪機(jī)進(jìn)口,或水利、電力和給排水等各類泵站的水泵出口。工作時(shí),液控蝶閥與管道主機(jī)連鎖控制,按照水力過程控制原理,通過電氣控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的啟閉控制程序,實(shí)現(xiàn)管路的截止,有效消除水錘對(duì)管路的沖擊,起到保護(hù)管路系統(tǒng)安全的作用。
結(jié)構(gòu)特性
液控蝶閥主要由三偏心金屬密封蝶閥、機(jī)械傳動(dòng)裝置、液壓油缸、液壓泵站和電氣控制系統(tǒng)等組成(圖1)。
三偏心金屬密封蝶閥
三偏心金屬密封蝶閥主要由閥體、蝶板、密封圈和閥桿等組成(圖2)。閥桿旋轉(zhuǎn)中心與閥體軸向中心(管)之間有一個(gè)偏離X,閥桿旋轉(zhuǎn)中心與閥座密封面之間的偏離Y,密封錐面中心線與管道軸線間夾角θ。偏心X和Y的結(jié)合產(chǎn)生了一種凸輪效應(yīng)。當(dāng)閥門開啟時(shí),蝶板可以快速脫離閥座,有效的減小了蝶板與閥座的磨損,降低了閥門的開關(guān)力矩。三偏心金屬密封蝶閥具有啟閉靈活,力矩小,操作簡(jiǎn)單,使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
機(jī)械傳動(dòng)裝置
機(jī)械傳動(dòng)部分主要由箱體、箱蓋、開關(guān)指示、齒輪、齒條、齒條座和調(diào)整座等組成,齒輪齒條傳動(dòng)將液壓缸的直線推力運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成閥門的圓周運(yùn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)閥門進(jìn)行啟閉動(dòng)作。
液壓油缸部分 液壓油缸部分主要由缸體、活塞、活塞桿、缸頭和缸蓋等組成。液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,使機(jī)械實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
液壓泵站部分 液壓泵站主要由油箱、液壓集成塊、電機(jī)、高壓油泵、蓄能器和管路等組成。根據(jù)液控蝶閥的動(dòng)作要求,液控泵站主要由兩條控制油路和一條輔助油路控制閥門的啟閉、緩閉和游動(dòng)等動(dòng)作。
電氣控制部分 電氣控制部分主要由控制箱柜、低壓電器、可編程控制器(PLC)和轉(zhuǎn)換電源等組成?刂葡到y(tǒng)以PLC為核心,可提供對(duì)單個(gè)蝶閥的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和遠(yuǎn)距離手動(dòng),可接受來(lái)自DCS的控制信號(hào),與循環(huán)水泵配合聯(lián)動(dòng)。提供蝶閥卡澀報(bào)警,蓄能器壓力低和異常報(bào)警,過扭矩報(bào)警,油源濾油器堵塞報(bào)警,油箱液位超高或超低報(bào)警等功能。執(zhí)行開閥操作時(shí),如在規(guī)定時(shí)間內(nèi)蝶閥未能正常開啟,可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)停循環(huán)水泵。
 蝶閥
(1)殼體最小壁厚
鋼及合金鋼圓形閥體(圖3)的最小壁厚tB為
 (1)
式中 p———計(jì)算壓力,MPa
Dn———計(jì)算內(nèi)徑,mm
[σL]———許用拉應(yīng)力,MPa
C———腐蝕余量,mm
蝶板
三偏心蝶閥的蝶板(圖4)受力比較復(fù)雜,采用估算法算出蝶板的厚度,然后用Solidworks或有限元分析軟件進(jìn)行校核,確定蝶板的合適尺寸。
閥桿力矩閥桿力矩M為
式中 MM———密封面間摩擦力矩,N·mm
MC———閥桿軸承摩擦力矩,N·mm
MT———密封填料摩擦力矩,N·mm
MJ———靜水力矩,N·mm
MD———動(dòng)水力矩,N·mm
qM———密封面必需比壓,MPa
R———蝶板密封半徑,mm
bM———密封面接觸寬度,mm
fM———密封面摩擦因數(shù)
h———閥桿與蝶板中心的偏心距,mm
FC———作用在閥桿軸承上的載荷,N
fC———軸承摩擦系數(shù)
bM———密封面接觸寬度,mm
dF———閥桿直徑,mm
D———蝶板直徑,mm
ρ———介質(zhì)密度,N/mm3
g———重力加速度,mm/s2
mΦ———動(dòng)水力系數(shù)
H———最大靜壓水頭,mm
H=9.8´104(p+Δp) (8)
Δp———壓力升值,MPa
qv———體積流量,m3/h
A———管子截面積,m2
t———關(guān)閥時(shí)間,s
εΦ———蝶板開度為Φ°時(shí)的流阻系數(shù)
ε0———蝶板開度為0°時(shí)的流阻系數(shù)
V———介質(zhì)流速,mm/s
(4)閥桿強(qiáng)度
一般情況下,蝶閥的閥桿通常選用沒有臺(tái)階的整體棒料加工(圖5),其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τN為
式中 W———抗扭斷面系數(shù),mm3
[τN]———材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,MPa
(5)支架法蘭螺栓
螺栓的組合設(shè)計(jì)有多種形式,應(yīng)根據(jù)蝶閥支架的結(jié)構(gòu)形式(圖6)進(jìn)行受力分析。
單個(gè)螺栓載荷力Fo和螺栓小徑d為
式中 Kn———安全系數(shù)
Z———螺栓數(shù)量
r———螺栓孔距中心半徑,mm
μ———結(jié)合面摩擦系數(shù)
[σ]———材料的許用應(yīng)力,MPa
3.2 齒輪
(1)齒輪(圖7)分度圓上的圓周力Ft
 (13)
式中 T———傳遞的扭矩,N·m
df———分度圓直徑,mm
(2)接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度
強(qiáng)度簡(jiǎn)化公式為
式中 a———中心矩,mm
d1———小齒輪中心圓直徑,mm
m———端面模數(shù),mm
Z1———小齒輪齒數(shù)
Φa,Φd,Φm———齒寬系數(shù)
u———齒數(shù)比
YFS———復(fù)合齒形系數(shù)
σHP———許用接觸應(yīng)力,MPa
σFP———許用彎曲應(yīng)力,MPa
T1———傳遞的額定轉(zhuǎn)矩,N·m
K———載荷系數(shù)
(1)內(nèi)徑
當(dāng)液壓油缸的理論推力和供油壓力為已知時(shí),則無(wú)活塞桿側(cè)的缸筒內(nèi)徑Dw和有活塞桿側(cè)的缸筒內(nèi)徑Dy為
式中 dh———活塞桿直徑,m
P———供油壓力,MPa
F1,F(xiàn)2———液壓缸的理論推力和拉力,N
(2)螺栓強(qiáng)度
缸筒與端部用法蘭連接時(shí),螺紋處的拉應(yīng)力σL、剪應(yīng)力τL和合成應(yīng)力σn為
式中 F———缸筒端部承受的最大推力,N
Kj———擰緊螺紋的系數(shù)
K1———螺紋連接的摩擦因數(shù)
dL———螺紋底徑,m
[σp]———材料的許用應(yīng)力,MPa
3.4泵站
(1)液壓泵的流量
 (22)
式中 T———工作循環(huán)周期時(shí)間,s
Vi———第i個(gè)執(zhí)行元件在周期內(nèi)的耗油量,m3
z———工作周期中需要系統(tǒng)供油進(jìn)行工作的執(zhí)行元件數(shù)
Kx———系統(tǒng)泄漏系數(shù)(Kx=1.1~1.2)
(2)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率
式中 PN———液壓泵額定壓力,MPa
QN———液壓泵額定流量,L/min
ηp———液壓泵的總效率
Φ———轉(zhuǎn)換系數(shù)
(3)蓄能器
蓄能器是將壓力液體的液壓能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能貯存起來(lái),當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)再由勢(shì)能轉(zhuǎn)化為液壓能而做功的容器。因此,蓄能器可以作為輔助的或是應(yīng)急的動(dòng)力源,可以補(bǔ)充系統(tǒng)的泄漏、穩(wěn)定系統(tǒng)的工作壓力,以及吸收泵的脈動(dòng)和回路上的液壓沖擊等。蓄能器用液壓缸容積Vi和蓄能器的總?cè)莘eVo為
式中 Ai———液壓缸工作腔有效面積,m2
Li———液壓缸行程,m
Ki———系統(tǒng)泄漏系數(shù)(Ki=1.2~1.25)
VW———蓄能器有效工作容積,L
Po———充氣壓力,MPa
P1———最低工作壓力,MPa
P2———最高工作壓力,MPa
n———指數(shù),絕熱過程(n=1.4,對(duì)氮?dú)夂涂諝猓?/div>
3.5 電控系統(tǒng)
電控部分可采用一套系統(tǒng)同時(shí)控制一臺(tái)機(jī)組的一臺(tái)循環(huán)水出口蝶閥的控制方式,電控系統(tǒng)由動(dòng)力部分、控制部分和電源部分組成。
動(dòng)力部分是三相交流電控制油泵電機(jī),由斷路器手動(dòng)控制電路的通斷,交流接觸器控制油泵的啟動(dòng)和停止,熱過載是保護(hù)油泵電機(jī)過熱而燒壞。
控制部分主要以PLC智能控制器為核心,經(jīng)編程可接收開、關(guān)、停、游動(dòng)、閥門位置信號(hào)和泵站的控制信號(hào)等,可輸出油泵電機(jī)控制信號(hào)、開、關(guān)、停、游動(dòng)和泵站的控制信號(hào)等。
電源部分是為PLC提供低壓穩(wěn)定的電源及外控電磁閥和指示部分提供電源。有電源轉(zhuǎn)換器,指示燈包括控制電源、開關(guān)閥指示、游動(dòng)指示、全開和全關(guān)指示,電磁閥有開閥電磁閥、關(guān)閥電磁閥、保壓電磁閥和緩閉電磁閥。


順源閥門主要產(chǎn)品有高性能蝶閥、雙偏心高性能蝶閥、硬碰硬蝶閥、通風(fēng)碟閥、凸耳式對(duì)夾蝶閥、國(guó)標(biāo)/美標(biāo)法蘭蝶閥、對(duì)夾蝶閥、焊接蝶閥、雙向壓蝶閥、盲板閥、插板閥以及各種非標(biāo)閥門等十幾個(gè)品種,兩千多個(gè)規(guī)格。