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鑄鋼截止閥設(shè)計(jì)要素
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第四節(jié)截止閥各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要素
一、之前介紹蒸汽截止閥熱損失，現(xiàn)在介紹鑄鋼截止閥設(shè)計(jì)要素
一般通徑≥40 mm的直通式截止閥，都采用鑄鋼件形式，并采用外閥桿螺母式結(jié)構(gòu)，如圖截止閥的型號(hào)即工作圖號(hào)。其型號(hào)的編制方法，目前的標(biāo)準(zhǔn)是JB/T 308為使型號(hào)傳達(dá)更多的信息，筆者在此基礎(chǔ)上作了一些補(bǔ)充，見表1-1。
表1.1閥門型號(hào)的組成代號(hào)‘'w”表示；當(dāng)閥座和閥瓣密封面材料不同時(shí)，甩低硬度材料代黽1—1所示。設(shè)計(jì)這種閥門必須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行，
1．鑄鋼截止閥設(shè)計(jì)要素閥門開啟高度
閥門全開啟時(shí)，閥門內(nèi)各處的流通截面積不得小于通徑面積。閥體設(shè)計(jì)時(shí)要保證前后通道的截面積，還應(yīng)保證閥瓣全開時(shí)閥腔內(nèi)流道的截面積。這個(gè)截面積與閥瓣的開啟高度有關(guān)。如開啟高度不夠，此處的流通截面積肯定是不夠的。這個(gè)開啟高度必須保證不小于閥座通徑的1/4，閥座通徑也就是這臺(tái)閥門的通徑。
為什么開啟高度不得小于閥座通徑的1/4呢？假設(shè)在閥座通道上方有一個(gè)圓柱體，這圓柱體上面被閥瓣擋住了，閥門全開時(shí)，介質(zhì)只能從圓柱體四周流出，這個(gè)圓柱體的表面積不能小于閥座的流通面積。一個(gè)簡(jiǎn)單的公式如下：
但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還必須注意到以下幾個(gè)方面式中 d——閱座通徑，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定閥座通徑應(yīng) 圖1 h1鑄鋼截止閥結(jié)構(gòu)圖與閥體通徑一致。 i-閥體2一閥瓣3閑瓣蓋4-閥蓋
5上密封座6閥桿7括節(jié)螺栓8填料——閥門全開時(shí)，閥瓣底平面離開閥座 9、15螺母10-手輪11閥桿螺母l2填料
上口平面的距離。 13-帶孔填料墊l4一螺塞16-墊片17螺柱
2．閥體排放槽
閥體除了要有相應(yīng)的閥瓣開啟空間外，還必須有一個(gè)足夠的四周空間。介質(zhì)從閥座通道出后，向那個(gè)虛擬的圓柱體四周擴(kuò)散，茌閥瓣下游方只有一個(gè)出口，所以在閥瓣四周還必須一個(gè)稱之為排放槽的虛擬空間，如圖1-2所示。圖中D為閥體中腔直徑，d為閥瓣直徑。介5一部分在閥瓣下部流向下游出口，還有相當(dāng)大一部分涌向閥瓣四周和上方，再涌向出口，一目設(shè)計(jì)將排放槽的面積定為閥座的通道面積，就是說(shuō)這個(gè)中腔面積是閥座通道面積加上閥瓣的Z平面積。
設(shè)計(jì)時(shí)一般將閥體中腔直徑設(shè)計(jì)成1. 5d。
3．閥體前后流道
閥體流道的走向和截面形狀多變，從進(jìn)口到出口，盡量要大小均勻，這樣介質(zhì)流能減少紊流，減小流阻，減小對(duì)閥體的沖擊，尤其要選準(zhǔn)人口端流道半徑的中心。因閥門結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度不同，壓力等級(jí)不同，此中心點(diǎn)法用公式來(lái)計(jì)算，只能由設(shè)計(jì)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)找出。
閥體出口端，也就是后端的流道設(shè)計(jì)也是圖1-2臥式升降式止回閥中腔沿水平向中線剖示圖很關(guān)鍵的。從圖1-1可以看出，流道上邊是一條直線，下邊是一個(gè)圓弧。沿出口流道中線開，則流道上口與閥體中腔是相切的，即沿著中腔的內(nèi)壁曲線下伸直到出口端法蘭的通道口出口端道與閥體中腔連接處的高度為閥門通徑的0.8~0. 85倍。
4．閥座及密封面
鑄鋼截止閥閥座可用閥體直接機(jī)加工出來(lái)，或在閥體上堆焊各種合金材料，可用螺紋連接，也可以焊接。
不銹鋼閥體的閥座密封面，直接在鑄件本體上加工出來(lái)。鑄件有可能會(huì)出現(xiàn)疏松或小孔，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊，以保證密封面的要求。
閥體直接堆焊合金材料也是可采用的工藝，如堆焊鈷鉻鎢硬質(zhì)合金材料，但必須把整個(gè)閥體預(yù)熱并焊后保溫，很麻煩。堆Cr13類材料不必預(yù)熱，但發(fā)現(xiàn)堆焊缺陷要返工，并且閥體在堆焊前上機(jī)床，堆焊后再次上機(jī)床，兩次機(jī)加工也費(fèi)時(shí)費(fèi)工。
用螺紋連接閥座是一些企業(yè)常采用的方法，把合格的螺紋閥座直接旋上閥體，十分方便。但閥體加工螺紋麻煩，螺紋閥座與閥體間的密封也較困難。
焊接座圈是zui常用的方法。座圈機(jī)加工完畢后噴焊合金層，然后將此閥座圈焊接到閥體上。焊接是在自動(dòng)噴焊機(jī)上進(jìn)行的，堆焊層質(zhì)量可靠。閥座圈焊上后，密封面會(huì)微量變形，所以必須進(jìn)行精加工。
無(wú)論采用哪種形式的閥座，截止閥密封面總是采用平面密封或錐面密封。平面密封較為簡(jiǎn)
單，并且易于控制。錐面密封適用于高壓閥門，錐面較平面結(jié)構(gòu)易于達(dá)到密封要求。
無(wú)論是平面密封還是錐面密封，都是閥瓣的密封畫寬于閥座密封面，并且寬的密封面材料硬于窄密封面材料。如窄的材料硬度超過(guò)寬的材料，那寬的較軟的密封面上就會(huì)有壓痕，再次密封時(shí)可能就會(huì)泄漏。圖1—3所示的閥體可用本體加工出密封面，如發(fā)現(xiàn)有影響密封的缺陷必須補(bǔ)焊后再精加工。圖1—4所示的閥體可在上面直接堆焊所需合金層，如鈷鉻鎢硬質(zhì)合金，應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱并保溫，如發(fā)現(xiàn)有影響密封的缺陷須返工。堆焊層經(jīng)機(jī)加工后，純合金層厚度必須不小于2mm。圖1-5所示的閥體可用螺紋閥座圈直接旋人。閥座圈上端反面要設(shè)計(jì)凸臺(tái)，以利于研磨，閥體上的密封面也應(yīng)設(shè)計(jì)凸臺(tái)。圖1.6所示的閥座圈采用與閥體相同的材料，閥體上加工有安放限位，上口設(shè)計(jì)有角焊函，焊接厚度為5mm。閥座圈密封面噴焊層經(jīng)機(jī)加工后純合金層厚度≥/mm。也可直接用密封面材料作焊接閥座圈。
圖1-3不銹鋼閥體密封面圖1-4碳鋼、合金鋼閥體堆焊密封面
l圖1—5碳鋼合金類閥體安裝閥座圈圖1-6焊接闊座圈噴焊密封面
5介質(zhì)流向
截止閥的標(biāo)準(zhǔn)JB/T 12233和JB/T 12235中沒(méi)有標(biāo)明介質(zhì)在閥門中的流向，在英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS1873中也沒(méi)有標(biāo)明介質(zhì)的流向，也就是說(shuō)截止閥沒(méi)有硬性規(guī)定閥體的進(jìn)出口。但是一般鏈鋼截止閥中介質(zhì)都是從閥座通孔向上流向閥瓣底面和四周，然后涌向出口端的，這個(gè)方向稱為正向。有介質(zhì)從閥瓣四周和下方流向閥座通孔，這個(gè)方向稱為反向，這種情況下流阻系數(shù)會(huì)高一些，一般都不采用這種流向。反向流通的好處主要是密封可靠，除了閥桿的關(guān)閉力還有介質(zhì)的壓力都作用在閥瓣的背面。
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥正向和反向在閥門的設(shè)計(jì)上是有很大區(qū)別的。正向流動(dòng)時(shí)，密封時(shí)是靠閥桿的頂力，閥桿要有足夠的直徑，介質(zhì)頂閥瓣時(shí)閥桿不會(huì)彎曲，密封時(shí)不會(huì)發(fā)生泄漏。而反向流動(dòng)時(shí)閥門打開，閥瓣提起來(lái)時(shí)，要保證閥桿凸面與閥瓣蓋端面之間有足夠的抗壓強(qiáng)度而不會(huì)變形。尤其要保證閥瓣蓋與閥瓣連接的普通螺紋有足夠的強(qiáng)度，這段螺紋在閥瓣打開時(shí)極易破壞。
6．安裝方向不同閥瓣蓋結(jié)構(gòu)不同
截止閥的安裝方向是十分重要的，因安裝方向不同，閥門的設(shè)計(jì)也是不相同的。用在水平管道與垂直管道是閥瓣蓋不同的兩種設(shè)計(jì)。一般截止閥都用在水平管道上，操作手輪或其他驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)都是向上的。如果在傾斜管道上手輪沒(méi)有向上安裝，或用在了垂直管道上，則密封性能會(huì)受到一定影響，尤其是對(duì)于錐面密封結(jié)構(gòu)。在非正常位置安裝時(shí)，可在閥瓣蓋上作一些改動(dòng)，大口徑截止閥在閥瓣下面安裝一根定位桿，閥座下方再加工一個(gè)定位孔，不會(huì)增加多少成本，訂貨時(shí)要待清楚。具體如圖1-7一圖1-9所示。圖1-7胼示為常規(guī)的用于水平管道，手輪或驅(qū)動(dòng)裝置朝上的鑄截止閥上閥瓣蓋與閥瓣結(jié)構(gòu)。圖1-8所示為小口徑的用于非水平管道，或手輪與驅(qū)動(dòng)裝置處于非正常置的長(zhǎng)頸閥瓣蓋與閥瓣結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)頸閥瓣蓋能克服閥瓣向一邊傾斜。圖1-9所示為用于大口徑的非水平管道，或手輪與驅(qū)動(dòng)裝置處于非正常位置的閥瓣蓋與閥瓣結(jié)構(gòu)。
圖1-7水平管道閱瓣蓋與閥瓣結(jié)構(gòu)示意圖 圖1-8非水平管道閥瓣蓋與閥瓣結(jié)構(gòu)示意圖
7．鑄鋼截止閥閥體的另一種造型
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和供應(yīng)的截止閥閥體都是流道型的，進(jìn)口從端法蘭通道口通過(guò)彎曲的管道直通到閥座下方，出口是從閥體中腔通過(guò)彎曲變形的管道通到出口端法蘭口。國(guó)家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 12233和JB/T 12235中的示圖都是這種造型。
BS 1873中給出的造型如圖l一10所示，閥體是橄欖形的，中間閥座處是一塊平板。這種閥門造型簡(jiǎn)潔，鑄造方便，不易產(chǎn)生夾渣、氣孔等缺陷，閥內(nèi)每一處截面積能不圖1—9大口徑的非水平管道閥瓣
蓋與閥瓣結(jié)構(gòu)示意圖小于通道截面積。這種造型的閥門流道大小變化太大，介質(zhì)在其中多為紊流，流阻系數(shù)可能會(huì)大一些。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有美標(biāo)鈦截止閥
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