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研 究与 F Q 6 4 7 F 一 1 6 C笺动赜煤球阀 D N 3 2设计 高 昂 汕头市阀门厂 ， 广东汕头 5 1 5 0 4 1 原理及结构说 明，并详细介绍 。 N 的设计计算过程。 ～≯ 攀訾1 分类号T H1 3 4 文献标识码B 文章编号1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 0 0 7 0 0 8 7 - 0 5 1阀门型号编排 阀门型号通常应表示 出阀门类型 、驱动方式 、连接形 式 、结 构特 点 、密 封面 材料 、阀体 材料 和公 称 压力 等要 素。阀门型号的标 准化 对阀门的设计 、选用 、销 售提供 了 方便 。当今阀门的类 型和材 料越来越多 ，阀门的型号编制 也越来越 复杂 。我 国虽有 阀门型号编制的统一标 准 ，但愈 来愈 不能适应 阀门工业 发展 的需 要。 目前 ，阀门制造 厂一 般采用统一编号方法 ，凡不 能采 用统一编号 的方法 ，各制 造厂均按 自己的需要制订 编号方法 。F Q 6 4 7 F 一 1 6 C气 动喷 煤球 阀的型号根据 国家标准 的规 定及汕头市 阀门厂制 订方 法如 图 l 所示。 阀体材料 碳钢 被放大 了l 0 倍的公称压力 1 ． 6 M P a 密封面材料 增强聚四氟乙烯 结构特点 固定球、直通式 连接形式法兰连接 驱动方式气动 阀门类型球 阀 非标准 图 1 阀门型号编排 2对 阀门的性能要求 F Q 6 4 7 F 一 1 6 C气 动 喷煤球 阀 D N 3 2是参考 国际先进 样 机设 计制造的新 型结构 喷煤 专用球阀 。是 目前 冶金系统高 炉煤 粉喷吹装 置上 的专用配 件。为适应不 同规 格 、不同钢 种 ，通过 开启 喷煤球 阀向高炉喷 吹煤粉起 到助燃 的作用 ， 提高高炉 中的温度 ．喷煤 系统必须 随时快速 开启 、关闭 ， 收稿 日期 2 0 1 0 0 2 0 9 以达到温度的要求 ，其快速开启 、关 闭是通过 电子计算机 控制来 实现 的。因此 ，气 动喷煤球阀必须具备下 面三个特 性 1 响应速 度快 ，要求在 l ～ 2 s内完 成开启 、关 闭动 作 以适应 电子计算机 自动控制 的要求 ； 2 为稳定压力管道 中的压力及管道 中介质 的煤粉 所 附带有害气体泄漏现象。故气动喷煤球阀不能泄漏 ； 3 为保护密封面不被煤 粉喷吹冲刷而磨损 ，不 出现 密封面拉伤及卡死 转动不灵 活 现象 ，所 以使用 时必须 全开或全关 ．禁止作节流使用 。 3球 阀的设计 3 ． 1工作 原理 本球阀 由球 阀本体和气动 装置两部分组成 。开启 、关 闭动作是 由气动执行机构气缸 驱使球阀阀杆转动 ，从 而带动球体 正反 向回转 9 0 。 来实现的。 如需开启阀门时 即是使球体通径 与法兰通径处在 同 一 轴线上 ，压缩 空气从执行 机构 的 A端进 气 ，推动活塞 向后移动 ．活塞通过活塞杆带动 曲柄使 转杆转动 。而转杆 与阀杆之 间采用方套连 接 ，即转 杆转动 ，阀杆跟 随转动 ， 同时也带 动球体顺 时针 方向旋转 9 0 。 ，使阀 门处 在直通状 态 ，压力管道中的介质煤粉通过球 阀向高炉喷吹煤粉。 阀 门开时 ．如 图 2所示 。 相 反 ，要关 闭阀门时 ，从 B端进气 ，活塞 向前 移动 ， 驱使球体逆时针方向旋转 9 0 。 。阀门关闭 ，如图 3所示 。 而 阀门是否处在全开 或全关状态 ，需要调整 气动执行 机构上 的两个定 位调 整螺 钉 。便可使球 阀呈 全开 或全关状 态 三 7T ●●L一一 一一 4T ●●●L～ ～～ Q 丁． ． L F r ● ● ● ● ● ， ● ● ● ， L A B 图 2 阀门开 A B 图 3 阀门关 3 ． 2球 阀结构 说 明 3 - 2 ． 1固定球结构 轴支式 为 了减少球阀 的操作扭矩 和增强密封的可靠程 度 。避 免球体受压后产生位移 ，并先磨损 出 口端的密封面 ，所 以 本球 阎采 用固定球 的结构形式 ，其结构 形式 如图 4所 示 。 即用球体下轴把球体 固定 阀杆 、球 体及下轴 的中心线必 图 4 固定球结 构 须 在 同一轴线 上 。 固 定球结构形式 的球 阀都 带有浮动阀座 。在球体 转动时或受压后 。阀座 产生移动 ．密封圈都 紧 压在球体上 ．以保证密 封 。 通 常 在 与球 体 的 上 、下轴上装有 自润滑 轴 承或铜套轴承 ．减小 操 作扭矩 。 3 ． 2 ．2密封结构 本球 阀的密封结 构 如 图 5所示 。密封 圈 2 紧装在 阀座 3 上 。阀座 3在法兰 7中靠 0型 密 封 圈 4密封 ．密封 网 2 借助于碟形弹簧 5预先压 紧在球体 1 上 ，调 整调节垫 片 6 ． 便 可调 节密封 面的予 紧比压 。采用 碟形弹簧 的密封结 构形 式 ，具有密封带 自动 补偿 的作 用。密封圈与球体 间的密封 除靠碟 形弹簧预先 压紧保证 密封 外 ．尚靠 密封圈 内径 D w N 和阀座外 径 D ．H 所形成 的环面 积上的介质作 用力压 紧球体 以达到密封 。密封 的可靠性很 大程 度上取决于密封面 的平 均 直径 D 与 阀座 外径 D j | I 之 比。如 果 D Ⅱ ／ D 值 不够 大 时 ，球 阀将不 能保证可 靠密封 ；如果 Dlf ／ D 值过 大 ，将 造成密封过载 ，而使 阀门的开关扭矩增加 ，磨损加快。 7 6 5 4 3 2 l 1 ． 球 体2 ． 密封 圈 3 ． 阀座4 ． O型 密封圈5 ． 碟 形 弹簧6 ． 调节垫片7 ． 法兰 图 5 密封结构 3 ． 2 - 3填料 函处结构 上 密封结构 阀杆 与阀盖间的密封副称为填料 函处 密封结构 上密 封结构 ，结构形式 如图 6所示 。即在 阀杆 1 、阀盖 2及阀 体 3间的填料下 4 、填料中 5 、填料上 6 、填料压环 7 、碟 形 弹 簧 8形 成 密 封 。其 密 封 依 靠 阀 盖 压 紧 两 个 碟 形 弹 簧 向 填 料 压 环 施 压 ． 迫 使 填 料 变 形 澎 胀 ． 以 达 到 密 封 。 而 两 个 碟 形 弹 簧 采 用 对 合 组 合 方 式 ． 这 时 两 个 碟 形 弹 簧 的 负 荷 不 变 即与 单个 弹 簧的 负荷 相 同 ，变形 量 和 自由 高 度 比 单 个 弹 簧 增 加 一 倍 ．所 以 能 更 好 的 起 到 自动 补 偿 1 ． 阀杆2 ． 阀盖3 ． 阀体4 ． 填 料下 5 ． 填 料 中6 ． 填 料 上7 ． 填 料 压 环 8 ． 碟形 弹簧 图 6 填料函处结构 的作用。在气体、液体试验中持续时间内无可见泄漏。 3 ． 3主要技 术参 数 3 ． 3 ． 1 球 阀主要技术参数 公称 通径 D N 3 2 m m；公称压 力 P N 1 ． 6 M P a ；实际使 研 究与 用压力 0 ． 2 1 ． 2 MP a ； 密封 试验压力 1 ． 6 MP a ；强度试验压 力 2 ．4 MP a ；工 作温度 一 2 O ℃≤ ≤1 5 0 C； 工作介质 煤 粉。 3 _ 3 ． 2 气动装置主要技术参数 操作气缸直径 D 8 0 ra m； 操作气缸行程 S5 6 m m； 正常操作气压 P 0 ．4 0 ． 6 MP a ； 密封试验压力 0 ． 8 MP a 。 3 ． 4设计 计算 3 ．4 ． 1 通道截面直径 的选择 本阀 门采 用不缩径 形式 ，故通道截 面直 径等于通 径 ， 即 DN 3 2 mm。 3 ． 4 ． 2球体外 圆半径 的确定 根 据 结 构 需 要 选 取 R 3 2 mm， 即 球 体 直 径 为 6 4 mm。 3 ． 4 - 3密封圈内径 、外径的确定 因为球体通孑 L 为 3 2 mm。再加上球 体通径 处为 防割伤 密封圈 ，必须倒 圆角 R 2 m m，即密封 圈内径 D mi3 6 mm， 根据 结 构 和 密 封要 求 需 要 ，取 密 封 圈 内 径 Dm 3 8 m m 3 ． 8 c m，密 封 环 带 宽度 为 b m 5 m m，即 密 封 圈 外 径 D 唧 48 mm 4． 8c m 。 3 ． 4 ． 4密封圈预紧力 即是碟形弹簧的预紧力的计算 密 封 圈 与 球 体 接 触 环 带 面 积 } D ． D 4’ 4 ． 8 5 _ 3 ． 8 6 ． 7 5 c m ； 预紧比压 对聚四氟乙烯 的密封 圈 ，取阀座密封 的最 小 比 压 q M m ll1 0 ． 1 p p 一一介 质 工 作 压 力 ，P 1 ． 6 MP a 1 6 k g f ／ c m ，但不小于 2 ． 0 MP a ，即 q 2 ． 0 M P a 2 0 k g f ／ c m ； 密封圈预 紧力 即是碟形 弹簧 的预 紧力 e - ． F q 6 ． 7 5 x 2 0 1 3 5 k g f 。 3 ． 4 ． 5球阀进 口处密封圈对球体作用力的计算 球 阀进 口处密封圈对球体作用力 的平衡式 Q Q Q Q M r 一 I 式 1 中Q 密封圈对球体的压力 ； Q 日 厂介质经阀座压 在球体上 的力 ； Q 阀座密封 圈的予 紧力 碟形弹 簧 预 紧力 ； Q 。 厂介 质工 作压 力在 密封 间 隙中的 作 用力。 Q 一 D 2 式 2 中 D j 阀座的外径 。 D 嘶 P 峋 孚g 帅 D M W2一 D M2 N 3 } 一 D N 4 式 4 中 一 密 封 间 隙 中 的 平 均 压 力 ， 争 一1 6 k g f ／ c m 2 8 k g f ／c m2 。 将式 2 ～ 4 代 入式 1 Q Q 2 一 D 2 孚 g 帅 D 一 D 2 一 L 2 一 D 2M N D J H2 一 D 2 T订 D 2 w - D 2 g 一 4 1 6 D J2 H 一 3 ． 8 IT 4 ． 8 乙3 ． 8 。 2 O 一 8 4 D J2 H 一 1 8 1 ． 4 81 4 2 H 一 1 0 0 ． 4 5 3 ． 4 ． 6阀座密封面上实 际工作 比压 q的计算 阀 席 密封 面 卜宴 际 工作 比压 ． N 6 式 6 中Ⅳ _ 一 密封面上的法向压力，N 皿 ， 根 据实物 中密 封圈 与球 体 间密封 面上 的法 向压 力角 度约 为 4 8 。 3 0 密封环带面积 ， 。 即 口 j ． 。 。 ‘ P D 一 D D 一 D 0 ． 1 4 8 Q Q。 7 将式 5 代入式 7 ，得 q 0 ． 1 4 8 x 4 1 r D j H 一 1 0 0 ． 4 1 ． 8 6 D j H 一 1 4 ． 8 6 8 3 _ 4 _ 7阀座外径 D J H 的确定 当工作压力 p 1 ． 6 MP a 1 6 k g f ／ c m 时 。若要保证密封 面 有 良好 的密封性能 ，须使其密 封 比压满 足 g 4 5 ． 8 2 k g f ／ c m ， 上式 中6 。 密封面宽度 ，b m 0 ． 5 c 。 另一方 面，为保证 密封不 由于过载而加快磨 损 ，在工 作压力 p 1 6 k g f ／ c m 时。密封 面的实 际工作 比压必须满足 g ≤ [ q ] 1 5 ． 3 M P a 1 5 3 k g f ／ c m 。式 中 [ g ] 密封 圈 的许 用 密封 比压 ，对 于 聚 四 氟 乙烯 的密 封 圈 ， [ q ] 1 5 ． 3 MP a 1 5 3 k g tYc m 。 归纳上面两个条件得不等式 4 5 ． 8 2 k g f ／ e m g ≤ 1 5 3 k g f ／ c m 9 将式 8 代入 9 式 ，整理得 5 ． 7 c m 7 ． 8 6 c m． 即取 D t 8 c m 8 0 mm。 3 ．4 ． 1 3碟形 弹簧 的设计计算 受阀门结构的限制 ，弹簧必须满足以下条件 碟形弹簧外 径 D D 3 8 mm。 初选 弹簧参数 外径 D 6 4 m m，内径 d 4 0 mm，厚 度 B I ． 5 ram。 碟形弹簧的计算采用阿尔曼和拉兹 罗近似方法。 本球阀采用 无支承面碟形弹簧 。单个碟形 弹簧 时的计 算 1 依据 单个碟形 弹簧 特性 曲线 ，采用 h 0 1 ．4的比 值 ，求 得极 限行程 h o 1 ． 4 B 1 ．4 x 1 ． 5 2 ． 1 m m 。 2 自由高度 H B h o 1 ．5 2 ． 1 3 ． 6 m m 。 3 直径 比 G d 1 ． 6 ，与 c值 有关 的辅 助值 ，查表得 仅 0 ． 6 2 1 x 1 0 m m k g f - I 。 4 锥 角 ‘ P 0的 近 似 求 法 t a n ‘ P 0 0 ． 1 7 5 ，求得 ‘ P 0 1 0 。 。 P }等[ 舌 - o ．5 1 ] ， 当碟 形弹簧 的变形量， 。 时 ，P ～≈ 2 7 9 k g f ； 当 - 7 5 。时 ， 吖 7 5 ，P f 2 ⋯ ．1 一 罟 百2 ．1 _ o ．5 1 ] 2 7 3 k g f ； 研 究与 当，0 ． 4 5时 ， 尸 [ 一 一2 11 5 1 ． 5 1 ． 5 - o ． 5 1 ．5 1 ] 一 _ _ _ _ 【 1 ． ／ l ～ ／ 』 ～ 1 4 2 k g f 。 根据设计计算 ，碟形弹簧如 图 7所示 。 l r 1、 o 。 l l ． 2 珥 ’ 一 f I 。 皂 I 1 I l f 0 6 4 l l 图 7 碟形 弹簧 4结论 对此 F Q 6 4 7 F 一 1 6 C气动 喷煤 球 阀 D N 3 2的设 计 ．经 试 制检验 ，结果表 明 ，其产 品能达 到设计 要求 。并经用 户在 冶金 系统 高炉煤粉喷吹装置 上的使用 情况反馈说 明，其产 品在使用过程 中各项技术指标均 已具 有较 高的水平 ．在某 些方面 已赶上或超过 国际先进样机 的水平 ．主要体现在 以 下几方 面 1 响应速 度快 ，开闭时间 ￡ 7 0 ％。 2 _ 3其他性 能 变化 其他性 能 变化 包括 尺寸 、密度 、质量 变化 ．电性能 表 面电阻率 、介电强度 、介电损耗 角正切 值 变化 ，热 性 能 维卡软化点温度 ，热变形温度 变化 ，熔体流动速 率变化 ，分子量变化以及化学变化等 f 。 3结语 通过 图表 ．本文‘对 汽车油漆涂层及塑料 制件 的老化缺 陷进行 了简要地描述 ，并指 出了需要根据汽 车油漆涂层 及 塑料 制件实 际使用 情况来选 择相应 的老化性 能评价 方法 ． 避 免 在 实 际 使 用 过 程 中 出现 与 试 验 结 论 不 一 致 的 情 况 发 生 。 参考文献 [ 1 ]QC ／ T 7 2 8 2 0 0 5 ．汽 车整车 大气暴露试验方法 [ S ]． [ 2 ]杨育农 ，胡行俊 ，龚浏澄．塑料 老化 与防老化技术 [ M]．北 京化 学工业 出版社 。2 0 0 7 ． 作者简 介张春花 ，女 ，1 9 8 2年生 ，湖南人 ，硕士，助教。研究 领域 车辆工程。已发表论 文 3篇 。 编辑 向 飞
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