粉体管线用夹管阀设计.pdf

2 0 1 5年第 4 3卷第 3期 流体机械 4 3 文章编号 1 0 0 50 3 2 9 2 0 1 5 0 3 0 0 4 3 0 4 粉体管线用夹管阀设计 王伟 ， 许长华 西安航天远征流体控制股份有限公司， 陕西西安 7 1 0 1 0 0 摘要 研制了一种适用于粉体管线上的开关阀， 该阀门的驱动方案和结构方案， 并利用有限元软件 A N Y S Y S对阀门 的部分性能进行了估算 ， 同时对产品进行的相关试验予以了介绍。 关键词 粉体管线； 结构 ； 驱动方案 中图分类号 T H 1 3 7； T K 0 3 7 文献标志码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 0 3 2 9 ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 0 9 De s i g n o f Pi n c h Va l v e Us e d i n Po wd e r Pi p e l i ne W ANG W e i ， XU Ch a n g Hu a X i ’ a n A e r o s p a c e Y u a n z h e n g F l u i d C o n t r o l C o ． L t d ． ， X i ’ a n 7 1 0 1 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t A p i n c h v a l v e u s e d i n p o w d e r p i p e l i n e i s r e s e a r c h e d， t h e s t r u c t u r e a n d d ri v e s o l u t i o n a r e i n t r o d u c e d， p a r t i a l c a p a b i l i t i e s o f t h e v a l v e we r e a n a l y z e d b y s o f t wa r e ANSYS， whi l e t h e r e l a t e d e x pe rime nt s a r e s h o wn． K e y wo r d s p o w d e r p i p e l i n e ； s t r u c t u r e ； d ri v e s o l u t i o n 1 前言 某企业粉体 管线上使用 的开关阀存在使用寿 命短 、 阀座严重泄漏等问题 。为 了保障系统 在后 续生产过程 中安全有效运行 ， 需对粉体管线 的开 关阀进行深入研 制 ， 以便对出现的相关 问题得 到 有效控制和解决 。基于以上 ， 并结合之前在 阀门 产品中积累的研 发经验 ， 西安航 天动力研究所研 制 了一种针对粉体管线的粉体夹管阀。现该粉体 夹管阀已在该企业粉体管线上使用 ， 使用情况 良 好 ， 为该企业后续安全生产 ， 提高生产效率 ， 降低 成本提供有效保证。 2 主要技术性能指标 研制 的粉体类管阀主要技术性能指标 公称 通 径 N P S 2 D N 5 0 ；公 称 压 力 C L A S S 1 5 0 P N 2 0 ； 阀门类 型 直通式 ； 连接方 式 R F法 兰， N P S 2 C L A S S 1 5 0 A S ME B 1 6 ． 5 ； 使用介质 粉粒直 径范 围 1～5 m； 最大 流速 1 0 m ／ s ； 最大 工作 压 力 0 ． 4 MP a ； 关闭差压 0 ． 4 MP a ； 阀门全行程 动作 收稿 日期 2 0 1 41 1 0 3 修稿 日期 2 0 1 50 11 9 时间 ≤3 s ； 有效通径 ≥5 0 m m； 阀门泄漏等级 满 足 A P I 5 9 8 。 3工作 原 理 夹管阀是指阀内唯一与介质接触 的橡胶套管 在外力作用下发生挠性变形夹扁而贴合 ， 将流体 截断并达到密封作用的阀门， 如 图 1 所示 ， 。 一 4 驱动方案 b 全关 图 l 夹管阀示意 夹管阀属于升降式 阀门， 双动压杆式 夹管 阀 具有上 、 下压杆 ， 相对方 向升降移动 ， 在套管 中心 处关闭密封 。 图 2给出了这个在粉体管线上使用的夹管阀 2 0 1 5年第 4 3卷第 3期 流体机械 4 5 对导向杆和阀杆的密封面损伤， 导 向结 构中拟设 置 自润滑轴套 。主导向结构采用铜基三层复合轴 套 ， 其它导向结构采用钢丝 网基 自润滑轴套。铜 基三层复合轴套与轴套座 为过盈配合 ， 定位精度 较高 ， 一般安装在开 口槽中， 钢丝网基 自润滑轴套 相对较软 ， 但定 位精度略差 ， 主要是减摩作用 ， 适 用封闭沟槽 的安装 。 图 5为安装铜基三层复合 轴套 的结构 ， 轴套 座利用螺母或螺栓固定在 阀体上 ， 图5 a 适用轴 杆较小的结构 ， 图 5 b 适用轴杆较大的结构 。导 向杆与阀杆导向、 阀杆与阀体导向采用此结构。 图 5 c 为安装钢丝网基 自润滑轴套的结构图 ， 轴 套直接可以安装沟槽中。上压杆与导向杆的导 向、 阀杆与支架的导 向采用此结构 。 橡一 橡胶。形 套座 b 图 5 导 向结构 5 ． 4密封 限位结构 为了防止压杆无 限制压 紧套管而损伤套管 ， 缩短其寿命 ， 因此在上下压杆 的传动装 置上需设 计行程限位结构 ， 使胶管关 闭时 的压缩量在合适 的范围内。该密封限位结构如图 6所示。 下压 杆 图 6 密封 限位结 构 5 ． 5 阀杆 与上 压杆 连接 结 构 阀杆与上压杆连接结构采用图 7所示结构 ， 阀杆插入上压杆 的配合孔 中， 并安装 2个轴 向圆 柱销限制阀杆与上压杆 的周 向运动 ， 即可 以传递 扭矩 ， 再用螺钉将 阀杆压 紧在上压杆上。该结构 阀杆的工艺性较好 ， 结构简单 ， 但是若圆柱销配合 存在间隙 ， 阀杆在正反扭 矩作用下可能会拧松 中 间的螺钉 ， 使连接失效 ， 所以该结构的圆柱销配合 应是过盈 的， 并且螺钉应采取防松措施 ] 。 螺钥‘ 阀杆 圆柱 圆柱 销 上 压杆 图7 阀杆与上压杆的销连接结构 导 向 上压 轴 套 5 ． 6防 尘 结 构 由于导 向杆和 阀杆的部分 段暴露在外界 ， 容 易受外界粉尘的污染 ， 影响导 向杆的阀杆密封 ， 所 以对暴露在外的导向部分应采取防护措施。 导向杆在下阀体伸出的一段可 以采用图 8所 示结构 ， 与导向结构合为一体 ， 防护螺母不仅起到 防尘作用， 而且可以保护导向杆免受撞击、 划伤等 机械损伤。 导 向 图 8 防护结构 6 性能估算及试验情况 体 螺母 6 ． 1 驱动力计算 夹管 阀在关 闭状 态需要 克服 的阻力 F最 大 ， 包括 套管 中 的液 压力 F 、 套 管 变 形力 F 、 关闭密封力 F 。套管在关 闭状态受力复杂 ， 只能用 AN S Y S软件计 算套 管 中 的液压 力 F 、 套 管 变 形 力 F 之 和 F。 。 套 管 受 力 分 析 见 图 9 。 FLUI D MACHI NERY Vo 1 ． 43， No ． 3， 2 01 5 0 0 0 图 9 套管受力分析 通过套管的受力分析 ， 进行了气缸的选型 ， 计 算结果已得到实际工作的验证 。 6 ． 2研 究试验 项 目 研制试验包括耐压强度试验 、 密封试验 、 驱动 力测试 、 常温动作试验 、 耐磨损模拟试验等。 6 ． 2 ． 1 耐压强度 耐压试验在夹管 阀装配前完成 ， 包括套 管的 耐压试验和夹管阀密封体的耐压试验， 试验压力 为 2 ． 4 M P a ， 时 间不少于 5 m i n ， 试 验介质为水 ， 试 验期间不应有可见的渗漏。 6 ． 2 ． 2 密封试验 1 密封体密封试验 夹管阀装配后 ， 处于全开状态 ， 同时给套管和 密封体通 1 ． 6 MP a的气压 ， 时间不少于 5 m i n ， 试验 期间夹管阀各密封处不应有可见的泄漏 ； 然后保 持压力不变 ， 夹管阀动作 2次 ， 在这个过程中各处 不应有可见的渗漏 。 2 内密封试验 夹管阀处于全关状态 ， 人 口水压为 1 ． 6 MP a ， 出口通大气 ， 从出口测量泄漏量。 6 ． 2 ． 3 驱动力测量 夹管阀通工作气压 ， 通过测量液压缸所需 的 密封压力换算驱动力大小。 6 ． 2 ． 4 套管胶料考核试验 为确保研制的套筒可 以长期使用 ， 需对研制 的套管的胶料进行相关 性能测试 ， 性能测试 由西 北橡胶塑料研究设计院完成 ， 包括胶料进行扯断 伸长率试验 、 扯伸强度试验和常温动作试验 。 按照 G B ／ T 5 2 8 硫化橡胶拉伸性能的测定 进 行了扯断伸长率试验试验 ， 胶料拉断伸长率随时间 的推移， 渐于平稳， 说明胶料在此环境中能够满足 长期使用； 同时胶料拉伸强度随时间的推移， 渐于 平稳， 符合 c ／ T 5 2 8 硫化橡胶拉伸性能的测定 要求 ， 表明胶料在此环境 中能够满足长期使用。 选一台粉体夹管阀进行常温动作试验 。夹管 阀通 0 ． 5 MP a 气压 ， 夹管阀通过 P L C控制 ， 动作频 率 1 ．． ／ mi n ， 动作次数为 1 5 0 0 0次 ， 完成后进行密 封试验。同时对橡胶套管试片进行 了阿克隆耐磨 耗测试 ， 试验按照相关国家标准要求进行 ， 试验结 果胶管可以在此工况下长期工作。 通过上述胶料考核试验项 目， 认 为研制 的粉 体夹管阀粉体阀套管可以长期可靠工作。 7结语 本文介绍了该粉体夹管阀的工作原理、 总体 结构 、 驱动方案 、 具体结构方案以及性能估算及试 验项 。该粉体夹管 阀在粉体管线 上使 用情况 良 好。可以在采矿和金属工业 、 矿产加工工业 、 纸浆 和造纸工业 、 化学物品加工工业 、 能源以及石油工 业中进行推广 ， 也可 以在供水 和废水处 理、 奶制 品、 食 品和饮料生产以及制药厂中使用。 参考文献 [ 1 ] 陈信疆． P i n c h阀橡胶衬套损坏原因分析 [ J ] ． 热力 发 电， 2 0 0 3 ， 4 6 4 - 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