阀门与电动装置连接用推力盘的设计.pdf

文章编号 100225855 2008 0420040202 作者简介施进伟1961 - ,男,苏州人,高级工程师,主持阀门新品开发工作。 阀门与电动装置连接用推力盘的设计 施进伟 中核苏阀科技实业股份有限公司,江苏 苏州215129 摘要 介绍了阀门与电动装置连接用新型推力盘的结构设计和性能特点。 关键词 阀门;驱动装置;推力盘;设计 中图分类号 TH134 文献标识码 A Design of the thrust tray used for connecting a valve with an electric actuator SHI Jin2wei SUFA Technology Industry Co. , Ltd. CNNC , Suzhou 215129 , China Abstract Introduces the configuration design and perance characteristics of the new type of thrust tray used for connecting a valve with an electric actuator. Key words valve ; electric actuator ; thrust tray; design 1 概述 阀门电动装置与阀杆螺母的连接形式可分为推 力型和扭矩型。推力型电动装置需要承受阀杆轴向 推力,而扭矩型电动装置向阀杆传递转矩。安装推 力型电动装置的阀门不能直接换装扭矩型电动装 置。因为,带推力型电动装置的阀门与带扭矩型电 动装置的阀门其支架结构不同。当带推力型电动装 置的阀门要安装扭矩型电动装置的时候,应在阀门 原有的支架上加推力盘后再连接扭矩型电动装置, 以此来解决推力型电动装置与扭矩型电动装置的连 接转换问题。 2 结构 安装推力型电动装置的阀门图 1 转换成安 装扭矩型电动装置的阀门图 2 时,常用的推力 盘如图3所示。推力盘的作用是承接电动装置转 矩,靠阀杆螺母的梯形螺纹传递阀门启闭的轴向 力,因此在计算承受阀门启闭轴向力的零件强度 时,设计轴向力的承接方式成为新型推力盘结构设 计的关键。 普通型推力盘由法兰箱、压盖螺母、防松螺钉 和油杯等组成。轴承和阀杆螺母装入法兰箱后,再 旋入压盖螺母。为保证轴承转动间隙,压盖螺母的 旋入深度要特别控制,间隙过大过小都对传动不 图1 安装推力型电动装置的阀门 利。另一方面,压盖螺母要承受阀门关闭的轴向 力,所以法兰箱与压盖螺母要用螺纹连接,并保证 足够的强度。为保证压盖螺母的固定位置,还要加 装防松螺钉。这样的推力盘结构较复杂,零件多, 加工量大,装配质量要求严格,调试时间长,成本 高。普通的推力盘是封闭结构,承受双向轴向力, 因此法兰箱与压盖螺母要用螺纹连接,并保证足够 的强度。新型图 4 推力盘是单向开口设计,通 04 阀 门 2008年第4期 过轴承仅承受向上的轴向力,向下的轴向力直接作 用于支架上,因此结构简单。新型推力盘便于同电 动装置和支架的连接,同时尽可能降低其高度,减 轻重量。如,推力盘与支架的连接改用在推力盘法 兰上钻螺孔,用螺栓连接。 图2 安装扭矩型电动装置的阀门 11 螺柱 21 螺母 31 油杯 41 压盖螺母 51 防松螺钉 61 电装 71 阀杆螺母 81 法兰箱 91 轴承 101 支架 图3 普通推力盘 11 螺栓 21 油杯 31 电装 41 阀杆螺母 51 法兰箱 61 轴承 71 支架 图4 新型推力盘 3 强度计算 推力轴承根据启闭阀门轴向力选取。 Co≥F 式中 Co 推力轴承的额定静载荷, N F 启闭阀门最大轴向力, N 阀杆螺母图5 a - a截面应力为 τa F Sa ≤019[σ] 式中 τa a - a截面的剪切应力, MPa Sa a - a截面积, m2 [σ] 阀杆螺母材料的许用应力, MPa 图5 阀杆螺母 一般来说,阀杆螺母b - b截面的内径和外径 应该与电动装置配合端相应的尺寸一致,但有时候 从经济性考虑,也为了兼顾到推力轴承的尺寸系 列, b - b截面的内径或外径可以与电动装置配合 端尺寸不同,但截面积应该相近或相同。 法兰箱图6 a′- a′ 截面应力为 图6 法兰箱 τa′ F Sa′ ≤019[σ] 式中 τa′ 法兰箱a′- a′ 截面的剪切应力 , MPa Sa′ 法兰箱a′- a′ 截面面积, m2 [ σ ′ ] 法兰箱材料的许用应力, MPa 法兰箱b′- b′ 截面应力为 σb′ F Sb′ ≤[ σ ′ ] 式中 σb′ 法兰箱b′- b′ 截面的拉应力 , MPa Sb′ 法兰箱b′- b′ 截面积, m2 4 对比分析 1降低成本。降低了法兰箱和阀杆螺母的高 度,减轻了质量,取消了压盖螺母和防松螺钉,节 省了材料。 2简化结构。便于加工,由原来在法兰箱上 加工大螺纹孔,加工复杂,成本高;现改为光孔, 加工简单,成本低,取消了防松螺钉的配作。 下转第45页 142008年第4期 阀 门 表2 旋塞阀泄漏原因分析及解决方法 现象原因分析处理方法 填料函蒸 汽泄漏 ① 柔性石墨填料有质量问题 ① 选用质量好的产品,现在一般采用加镍丝的柔性石墨编织填料和柔 性石墨环搭配使用,比单纯使用石墨编织填料效果好 ② 柔性石墨填料长期在高温环境中且处于压 紧状态产生蠕变,致使密封面的接触应力发生变 化,导致密封失效 ② 柔性石墨填料装好后要用填料压盖预紧,预紧时以能达到密封效果 且预紧程度较小为宜。倘若压得过紧会使填料发生蠕变,使用一段时间 后便会因为密封面的接触应力发生变化而逐渐失效。此外压的过紧还 会使塞子在提升和旋转时非常沉重,增加劳动强度 ③ 填料函或和阀杆的表面粗糙度差 ③ 填料函和阀杆的表面粗糙度一般应达到Ra018μm以下 ④ 阀盖与阀体以及阀杆的同轴度误差过大 ④ 在设计时对相关零部件有严格的精度要求和配合精度要求,提高装 配精度和检验措施 ⑤ 在操作阀门之前没有打开蒸汽阀使渣油进 入蒸汽腔,浸渍填料并在此结焦,使填料失去弹 性,导致其失效 ⑤ 认真执行操作规程,避免渣油进入蒸汽腔 内漏 ① 旋塞的密封面与阀体的密封面锥角吻合程 度差 ① 对于塞子直径较小的阀门可以在磨床上进行磨削加工,对于塞子直 径较大的阀门需人工配研,使其完全吻合并提高表面精度。在设计阀体 与塞子时两密封面要采用同一尺寸作为加工基准,以减小加工误差和配 研工作量 ② 密封面的表面粗糙度差 ② 对于塞子直径较小的阀门在磨床上进行磨削加工,对于塞子直径较 大的阀门需人工配研 ③ 密封面的有效宽度窄不足以满足密封要求 ③ 在设计阀门时要考虑到各种误差对密封面宽度的影响,在零件的加 工过程中注意各个连接件螺栓孔的相位,同时注意减少螺栓孔相位的累 积误差,把相位差控制在驱动旋塞转动的执行器可调节范围内 体密封面分离时,蒸汽迅速通过密封面间隙冲入管 线内使渣油或油气无法进入两密封面间,从而达到 防止密封面结焦的目的。 3 问题分析 国产高温旋塞阀在焦化装置上使用过程中出现 了不少有待解决的问题,其中填料函蒸汽泄漏以及 阀门内漏是较为突出的。经过综合分析,造成泄漏 的原因很多,需从不同方面给予解决表 2 。 4 结语 通过相应的处理措施使得国产高温旋塞阀已基 本能够满足使用工况要求。随着国内工业水平的发 展和技术进步其性能将不断提高,应用范围将不断 扩大。 参考文献 〔1〕 陆培文,等.实用阀门设计手册 〔M〕.北京机械工业出 版社, 2002. 〔2〕 王丽娟,田军.柔性石墨的结构、密封性能及应用研究 〔J〕.润滑与密封, 2001 , 01 63 - 65. 〔3〕 成大先,等.机械设计手册第三版 〔M〕.北京化工工业 出版社, 1994. 收稿日期 20071041 07 上接第41页 3方便装配。因为新型推力盘减少了零件, 特别是去除了装配时需要调整的压盖螺母,去除了 单独配作的防松螺钉,法兰箱中只装入轴承和阀杆 螺母二种零件,并且免除了调整过程和简化了操作 程序,使得装配更为方便,装配时间大大缩短。 5 结语 通过受力分析和结构优化,新型推力盘的法兰 箱和阀杆螺母高度降低,质量减小。取消了压盖螺 母和防松螺钉,使其结构简单、容易加工和方便装 配,达到了降低成本和提高效益之目的。 参考文献 〔1〕 杨源泉.阀门设计手册 〔M〕.北京机械工业出版社, 1992. 收稿日期 20081051 28 542008年第4期 阀 门