電動(dòng)法蘭式蝶閥設(shè)計(jì)選型

之前介紹SY42AX煤礦水管路減壓閥應(yīng)用案例，現(xiàn)在介紹電動(dòng)法蘭式蝶閥設(shè)計(jì)選型蝶閥是給水排水管路系統(tǒng)中的一個(gè)重要裝置隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)蝶閥的結(jié)構(gòu)及性能提出了不同的要求。因此，在設(shè)計(jì)及選用時(shí)應(yīng)根據(jù)工況條件，對(duì)其類型、材料和連接形式等做出合理的選擇。由于電動(dòng)蝶閥是由蝶閥和電動(dòng)裝置組合而成，所以當(dāng)?shù)y確定后如何正確選擇電動(dòng)裝置是關(guān)系到實(shí)際使用中是否能夠滿足工程需要的重要因素。在選擇電動(dòng)裝置時(shí)不但應(yīng)考慮前述的工作環(huán)境、電氣控制和一般技術(shù)性能，而且對(duì)電動(dòng)裝置的綜合技術(shù)性能亦應(yīng)進(jìn)行全面的考慮。
1、閥桿直徑的允許值
升降桿閥門選擇電動(dòng)裝置應(yīng)注意其允許通過的閥桿直徑值，閥桿直徑必須小于該值。另外，對(duì)于多回轉(zhuǎn)電動(dòng)裝置，在選用時(shí)還應(yīng)提出對(duì)閥桿罩高度的要求（與閥門痛徑有關(guān)）。旋轉(zhuǎn)桿閥門可不配帶閥桿罩。
2、閥門與電動(dòng)裝置的連接
閥門與電動(dòng)裝置的連接型式與尺寸應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T12222-1989多回轉(zhuǎn)閥門驅(qū)動(dòng)裝置的連接，GB/T12223-1989部分回轉(zhuǎn)閥門驅(qū)動(dòng)裝置的連接。
3、電動(dòng)蝶閥的電動(dòng)裝置的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)矩值是電動(dòng)裝置的重要技術(shù)參數(shù)之一，也是使用中需要選擇的重要參數(shù)。如果在組配電動(dòng)閥門時(shí)選用的電動(dòng)裝置輸出轉(zhuǎn)矩過大或不足都是不可取的。因?yàn)橐话闱闆r，電動(dòng)裝置生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠時(shí)均需進(jìn)行輸出轉(zhuǎn)矩值的測(cè)試與調(diào)整，是相對(duì)比較準(zhǔn)確的。如果選用過大的輸出轉(zhuǎn)矩余量，將會(huì)使電動(dòng)閥門具有很大的潛在危險(xiǎn)性，一旦發(fā)生控制保護(hù)失靈情況將很容易造成閥門損壞（閥桿彎曲、閥體破裂）現(xiàn)象，極易造成管道系統(tǒng)事故。所以輸出轉(zhuǎn)矩余量選擇過大是不可取的。如果在實(shí)際工作中打不開閥門也是屬于選擇不合理。
關(guān)于對(duì)電動(dòng)裝置輸出轉(zhuǎn)速的確定，在閥門對(duì)其啟閉時(shí)間沒有嚴(yán)格要求時(shí)，應(yīng)盡量選用較慢的速度。
因?yàn)椴槐匾妮^快速度，在相同轉(zhuǎn)矩要求下將會(huì)增大電機(jī)功率，這樣不但浪費(fèi)能源，提高工程造價(jià)，而且也會(huì)使電動(dòng)裝置體積增大造成多方面浪費(fèi)。
目前國(guó)內(nèi)自行開發(fā)研制的電動(dòng)裝置，在每個(gè)機(jī)座號(hào)中設(shè)計(jì)配用的電動(dòng)機(jī)規(guī)格數(shù)量不多（一般為2-3個(gè)規(guī)格），以及主體傳動(dòng)中齒輪副和蝸輪副的速比范圍變化有限，所以每個(gè)機(jī)座號(hào)的轉(zhuǎn)矩分檔和轉(zhuǎn)速分檔都不多。
4、電動(dòng)裝置的大推力允許值
如果閥門軸向力由電動(dòng)裝置承擔(dān)（即閥桿螺母在電動(dòng)裝置中），其推力值不允許超過電動(dòng)裝置的允許值。
5、閥桿螺母的大轉(zhuǎn)圈數(shù)
在選用多回轉(zhuǎn)閥門電動(dòng)裝置時(shí)必須說明閥門工作時(shí)閥桿螺母的大轉(zhuǎn)圈數(shù)，這樣可以正確選配電動(dòng)裝置中位置指示機(jī)構(gòu)的有關(guān)齒輪速比，以使位置指示有足夠的精度滿足閥門工作過程中對(duì)閥門開、關(guān)程度的觀察，否則易造成錯(cuò)覺，影響正常工作。
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥目前，部分回轉(zhuǎn)閥門電動(dòng)裝置均有機(jī)械限位，以防止無法判斷閥瓣位置，這類閥門與電動(dòng)裝置間的連接螺孔和鍵槽位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系要求嚴(yán)格。

　　2 電動(dòng)法蘭式蝶閥設(shè)計(jì)選型設(shè)計(jì)
　　2.1 結(jié)構(gòu)
　　蝶閥的關(guān)閉件（蝶板）在介質(zhì)中間，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其對(duì)流阻的影響。
　　關(guān)于大口徑蝶閥蝶板的結(jié)構(gòu)，AWWA C504（美國(guó)給水工程協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定，蝶板不應(yīng)有橫向筋，其厚度不得大于閥桿直徑的 2.25 倍。
　　蝶板的迎水面和出水面應(yīng)呈流線型。
　　內(nèi)部螺釘不能凸出在蝶板外面，以免增加迎水面積。
　　2.2 橡膠密封圈
　　有時(shí)橡膠蝶閥使用壽命較短，這與橡膠質(zhì)量及密封面寬度有關(guān)。橡膠密封蝶閥的密封圈應(yīng)選用的橡膠材料制造，在壓制成型時(shí)應(yīng)遵守工藝規(guī)程，不能任意提高硫化溫度，縮短時(shí)間，否則容易造成密封圈老化和開裂。與橡膠密封圈配合的金屬密封面應(yīng)有足夠的寬度，否則橡膠密封圈不易嵌入。另外，閥體及蝶板的形位公差、對(duì)稱度、精度、光潔度、密封圈的壓彈量等也影響橡膠密封圈的使用壽命。

　　2.3 剛度
　　剛度是蝶閥設(shè)計(jì)中的重要問題，它與蝶板、閥軸及連接等因素有關(guān)。
　?。?）閥軸尺寸 AWWA C504 中規(guī)定了閥軸尺寸。閥軸尺寸達(dá)不到要求，可能出現(xiàn)剛度不夠，反向密封泄漏，開啟力矩大等現(xiàn)象。軸的剛度與 1/EI 有關(guān)，也就是說要提高剛度減小變形問題應(yīng)該從提高 EI 著手。E 是彈性模量，一般鋼材差別不大，選用好的材料對(duì)剛度影響不大。I 是慣性矩，與軸的截面尺寸有關(guān)。閥軸的尺寸一般按彎扭合成計(jì)算，它不僅與扭矩有關(guān)，而且主要與彎矩有關(guān)，尤其大口徑蝶閥彎矩比扭矩大得多。
　?。?）軸孔配合 AWWA C504的舊版本中規(guī)定，蝶閥軸是一根直通的整軸。1980 版本以后，提出可以做成兩段短軸。AWWA C504及 GB12238 規(guī)定，軸與孔的嵌入長(zhǎng)度應(yīng)為 1.5d。日本蝶閥軸向尺寸中閥體內(nèi)邊緣與蝶板支承端之間的間隙（C 值）給出規(guī)定，一般與口徑大小有關(guān)，在 25~45mm 之間，也就是盡量減小軸支承間的距離（C 值），從而減小軸的彎矩和變形。
　?。?）蝶板結(jié)構(gòu) 蝶板結(jié)構(gòu)形式與剛度有直接關(guān)系，因此除平板形外多做成鍋形或桁架形。總之是為了增大斷面的慣性矩，以提高剛度。
　?。?）閥體結(jié)構(gòu) 大口徑蝶閥閥體設(shè)計(jì)中也存在剛度問題。一般有圈筋和橫筋，實(shí)際上橫筋只是增加穩(wěn)定性，不宜太多，主要是圈筋。如果能加∩形筋則對(duì)剛度更有利，但存在工藝性差的問題。
　　2.4 自潤(rùn)滑軸承
　　蝶板上所受介質(zhì)壓力大部或全部（反向）是通過軸傳遞到軸承上去的，因此軸承起到非常重要的作用。國(guó)外蝶閥有的轉(zhuǎn)動(dòng)很輕巧，小口徑閥門一個(gè)手指都能轉(zhuǎn)動(dòng)，而國(guó)產(chǎn)蝶閥有的轉(zhuǎn)動(dòng)卻很沉重，這除了與同軸度、對(duì)稱度、加工精度、光潔度和填料的質(zhì)量有關(guān)之外，很重要的一個(gè)因素就是軸套材料的潤(rùn)滑性。AWWA C504 標(biāo)準(zhǔn)提出，閥體中安裝的軸套或軸承應(yīng)屬于自潤(rùn)滑材料，軸套存在減磨潤(rùn)滑問題，不允許銹蝕。沒有軸套，即使閥軸是不銹鋼，閥體也有銹蝕及膠合粘著問題。采用軸套還可以增加剛性。
　　2.5 軸與蝶板的連接
　　小口徑蝶閥的軸與蝶板采用鍵或花鍵連接為宜，也可以采用多邊形軸連接或銷釘連接，大口徑蝶閥的軸與蝶板多采用鍵或錐銷等連接。目前軸與蝶板采用銷連接的比較多。在惡劣的工況條件下連接銷有損壞現(xiàn)象，這主要是由于制造的原因，其中吻合精度不好，銷子尺寸選擇不合適，銷子硬度不夠或采用材料不合適等應(yīng)引起注意。大型蝶閥的軸與蝶板可采用特殊的方法進(jìn)行連接。
　　2.6 結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度
　　蝶閥的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度向短系列發(fā)展，但這樣的做法要慎重。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)長(zhǎng)度太短對(duì)強(qiáng)度有影響。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)法蘭蝶閥短系列結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度做出了規(guī)定，但是壓力較高的閥門結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度不宜改短，否則會(huì)出問題，尤其是鑄鐵等脆性材料。

　　3 電動(dòng)法蘭式蝶閥設(shè)計(jì)選型選用
　　3.1 類型
　　蝶閥有單偏心、斜板式、中線型、雙偏心和三偏心等不同結(jié)構(gòu)。介質(zhì)壓力通過蝶板作用在閥軸及軸承上，因此在高壓小口徑流阻很大時(shí)，其軸徑和蝶板厚度都相應(yīng)增加，如果采用閘閥和球閥或截止閥，從密封及流阻等方面分析比采用蝶閥合適。
　　近幾年來，在水系統(tǒng)中軟密封閘閥的出現(xiàn)改善了閘閥容易沉淀泥沙的缺點(diǎn)，其流阻比較小，可以在線維修，用于中小口徑非常合適，因此逐漸得到了應(yīng)用。本產(chǎn)品總結(jié)了許多電動(dòng)執(zhí)行器的各種不足，進(jìn)行改進(jìn)后，推出的產(chǎn)品。其中許多關(guān)鍵部件均采用德國(guó)或日本進(jìn)口件，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量可靠，性能*。

電動(dòng)法蘭式蝶閥設(shè)計(jì)選型主要特性有：
1.外殼—由于使用了鋁合金，重量輕。并且內(nèi)外表面經(jīng)陽(yáng)極氧化處理，外表面經(jīng)聚酯粉末涂層，耐腐蝕性強(qiáng)。
2.電機(jī)—采用SPG鼠籠式電機(jī)，輸出扭距大，并且內(nèi)置熱保護(hù)開關(guān)，進(jìn)行溫度控制，可防止損壞電機(jī)。
3.受動(dòng)結(jié)構(gòu)—不通電時(shí)，扳動(dòng)離合器手柄可進(jìn)行手動(dòng)操作。通電時(shí)，離合器自動(dòng)復(fù)位。
4.干燥器—用來控制溫度，防止執(zhí)行器內(nèi)部水分凝結(jié)，保持內(nèi)部電器元件的干燥。
5. 位置指示器—指示器安裝在中心軸上，可以觀察閥門位置。并有指示燈（SLU）可供選擇。
6.限位開關(guān)—由凸輪機(jī)構(gòu)來控制，簡(jiǎn)單的調(diào)整機(jī)構(gòu)能并方便地設(shè)定位置。
7.扭距開關(guān)（除HQ-008外）—可提供過載保護(hù)，防止損壞電機(jī)。（出廠前以設(shè)定好，請(qǐng)用戶不要隨便更改設(shè)置）。
8.自鎖—有自鎖功能，防止反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)部分穩(wěn)定可靠。
9.安裝—底部安裝尺寸符合ISO5211標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動(dòng)軸套可拆下根據(jù)需要進(jìn)行加工，適應(yīng)性強(qiáng)。可以垂直安裝，也可以水平安裝。
10.接線端子—線路布置緊湊合理，接線端子直徑為2.5mm，壓力大，聯(lián)接牢固。

　　3.2 密封副
　　金屬密封蝶閥的主要優(yōu)點(diǎn)是密封可靠、壽命長(zhǎng)、耐高溫，不易損壞和撕裂，承壓能力高。因此近些年來應(yīng)用較多，尤其用于工程系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。橡膠軟密封蝶閥如果設(shè)計(jì)制造優(yōu)良可以得到很好的密封，而且大口徑容易做到在線換圈。但是橡膠存在老化問題，只能用于溫度不高的工況條件下，因此廣泛應(yīng)用在自來水及供水系統(tǒng)。
　　國(guó)外金屬密封蝶閥也用于火電廠的泵站、凝汽器、抽汽系統(tǒng)及換熱系統(tǒng)，核電站還用于壓力殼隔離、噴淋系統(tǒng)及鹽水等，石油精練系統(tǒng)中的儲(chǔ)油隔離、蒸汽供給閥、脫硫系統(tǒng)和尾氣處理、熱裂解及催化單元中。還有石油化工廠、深冷、漿液和造紙等系統(tǒng)。
　　對(duì)于中溫中壓工況選用金屬密封蝶閥較好。對(duì)于要求閥門可靠性高，壽命長(zhǎng)，不宜更換的地方，也應(yīng)該選用金屬密封蝶閥。
　　對(duì)用于常溫水的閥門，如果不是要求很高，不更換或更換不方便的地方，則宜采用軟密封結(jié)構(gòu)的蝶閥。如果橡膠質(zhì)量能夠保證，水用大口徑蝶閥仍應(yīng)以橡膠閥座蝶閥為主。

　　4 電動(dòng)法蘭式蝶閥設(shè)計(jì)選型結(jié)語(yǔ)
　　新工藝及新材料的不斷出現(xiàn)，將提高蝶閥的結(jié)構(gòu)性能，擴(kuò)大蝶閥的使用范圍，并對(duì)蝶閥的設(shè)計(jì)和選用提出更新的要求。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組?