高炉用盘式煤气放散阀.pdf

文章编号 100225855 2008 0320025203 作者简介袁军1978 - ,男,河北秦皇岛人,助理工程师,从事阀门研究设计工作。 高炉用盘式煤气放散阀 袁军,马辉,贾玉萍 秦皇岛冶金机械有限公司,河北 秦皇岛066004 摘要 介绍了高炉用新型盘式煤气放散阀的结构特点、工作原理和设计计算方法。该阀已获 国家专利专利号 ZL2005200234041 9 。 关键词 排出阀;碟型弹簧;密封 中图分类号 TH134 文献标识码 A G as bleeder valve of blast furnace YUAN Jun , MA Hui , J IA Yu2ping Qinhuangdao metallurgical machinery Co. , Ltd. , Qinhuangdao 066004 , China Abstract Herein introduce the structural feature and operating principle of new - style Gas bleeder valve of blast furnace.The structure has gotten application patent Pat. No ZL200420117234. 6 . Key words bleeder valve ; disk spring; seal 1 概述 为了适应高炉休风时或煤气系统压力超过规定 的安全值时能迅速地将高炉煤气排入大气中,在高 炉煤气系统管道中需设置煤气放散阀。目前用于高 炉煤气排放的放散阀通常是利用卷扬机或液压缸进 行阀的开启或关闭。阀门关闭时通过杠杆另一端的 平衡配重压紧阀盖,实现阀门的密封。其存在的问 题是放散阀系统结构松散,阀盖与阀体的对中性 差,易造成密封面的磨损和介质的泄漏,影响放散 阀的密封可靠性,降低放散阀的使用寿命。现有的 几种液压驱动连杆式放散阀,其采用液压缸驱动连 杆完成阀门的开启和关闭,利用压紧弹簧使阀盖与 阀体密封,并采用球头连接阀盖结构,而使放散阀 的密封性能及使用寿命得到改善和提高。但其结构 设计在提高阀盖的密封压力及阀盖与阀座的对中性 能和减轻密封面间的磨损方面,仍存在一些有待解 决的问题。 2 结构特点 新型盘式煤气放散阀图 1 阀体为圆筒形, 阀体由上下两部分经螺栓连接组成,便于加工和装 配。在阀体的上端设置有阀盖。在阀体的一侧与阀 体固定相接有由相对于阀体中线对称设置的两竖向 支板构成的支座。在支座的上方横向设置有转臂, 转臂呈U形,转臂一侧的两分支端分别经销轴铰 连接在支座两支板的上部,另一侧于阀盖的上方与 阀体及阀盖同轴心竖向穿装有导杆。在导杆的上端 依次装配连接螺母、碟形弹簧、具有圆弧形配合面 的凹形轴瓦和凸形轴瓦。在螺母与弹簧之间加装有 弹簧护套,凹形轴瓦与弹簧之间加装弹簧座。在转 臂的下面经开设在转臂上的嵌槽装配有外球面瓦 座,与外球面瓦座相配合设置有套装在导杆上的内 球面瓦座,导杆的下端经方形导杆凸头与阀盖下端 方槽的配合连接阀盖。由弹簧和两组球面配合副组 成的导杆连接结构可使阀盖在启闭时于轴向和径向 具有自动调整位置功能,从而保证阀盖相对于阀体 的配合精度,减轻密封面的磨损,提高放散阀的密 封性能。在支座两支板之间且靠近阀体的一侧经连 接轴装配有空心转动杆,在转动杆的空腔内设置有 装配碟型弹簧的预紧杆。在预紧杆的上端装配有预 紧螺母,在预紧螺母的下方设置与预紧杆滑动配合 的滑动板。在转臂的两侧于中部位置分别通过销轴 对称铰连接两连杆,两连杆的上端分别连接在滑动 板两侧的铰接轴上。 根据放散阀的工作压力情况,通过调整预紧螺 522008年第3期 阀 门 母可完成阀盖与阀体之间密封比压的调整,而确保 密封可靠,在两支板之间靠支座的外侧通过置于中 部的耳轴与支座相连接安装有液压缸,其液压缸活 塞杆的前端与转动杆的下端经销轴铰连接。 11 支座 21 液压缸 31 转臂 41 连杆 51 预紧杆 61 预紧螺母 71 滑动板 8、131 碟形弹簧 91 转动杆 101 阀盖 111 阀体 121 连接螺母 141 凹形轴瓦 151 凸形轴瓦 161 导杆 171 外球面瓦座 181 内球面瓦座 图1 盘式煤气放散阀 3 工作原理 新型盘式煤气放散阀正常工作时,阀盖紧紧压 在阀体上阀盖处于图1实线位置 , 此时液压缸 处于自锁状态,活塞杆既不伸长也不收缩,使转动 杆保持与阀体竖直中心线夹角不变。当阀体内压力 超过设定值时,介质压力顶开阀盖,阀盖带动转臂 转动,通过连杆机构使碟形弹簧压缩,阀门泄压。 当阀体内介质压力低于设定值后,碟形弹簧伸长, 通过连杆机构带动转臂反向转动,将阀盖压紧在阀 体上。同时预紧弹簧的预紧力向阀盖加压实现密 封。当事故状态或煤气系统压力过高,小的放散满 足不了要求时,需驱动液压缸活塞杆伸长或收缩, 使转动杆绕支座连接轴转动,并带动连杆运动,连 杆带动转臂相对其支座铰接点转动,打开阀盖阀 盖处于图1的虚线位置 , 当压力释放到规定的安 全值后,再驱动液压缸使阀门关闭。 4 设计计算 阀门的密封力及驱动液压缸的设计计算见图 2 ,其中A点、B点及C点为固定铰接点, D点为 活动铰接点,α、 β和θ为变值,式中所列均为指 定即时位置的角度。 411 密封力及力矩 阀门中心线对A点取力矩,阀门密封所需力矩为 图2 设计计算用图 图3 密封副 62 阀 门 2008年第3期 MA1QMPQ介 L1 10 QMPπdMPq1 q1 5 112P Q介 1 4 π D2P 式中 MA1 阀门密封所需力矩, Nm QMP 密封力, N Q介 介质力, N L1 阀门中心线至A点的水平距离, cm dMP 密封面平均直径, cm q1 密封比压, MPa P 介质压力安全值, MPa D 公称通径, cm 412 碟簧预紧力及力矩 在阀门全关位置,根据力矩平衡原理,连杆对 A点取力矩MA2,则 MA2P1′LABsinθMA1 P1′ P1 sin θβ 式中 P1′ 连杆受力, N θ 阀门全关位置时连杆与水平线夹角, β 阀门全关位置时连杆与阀盖夹角 , LAB 阀门A点至B点的水平距离, m P1 碟形弹簧仓内碟形弹簧预紧力, N 估算弹簧压缩量40mm及根据预紧杆的估算直 径并根据碟簧预紧力P1,可计算出组合碟形弹簧 的数量及大小。 413 驱动液压缸设计 经分析,当阀门用液压缸进行关闭,且在阀盖 与阀体密封面接触后,碟形弹簧仓继续摆动,直至 运行到碟形弹簧仓位于竖直位置。这一过程中有一 位置所需要的液压缸驱动力最大因在此过程中, 碟形弹簧仓一直摆动, 故α , β和 P1′ 为变值 , 按 此位置计算液压缸的拉力F2,并根据力矩平衡原 理,对C点取力矩MC,则 MCF2LCDsinαP1′L2 式中 LCD C点到D点的距离用计算机辅助 设计可精确求得此位置 , m α 取此过程的最小值碟形弹簧仓位于 竖直位置时 , P1′ 取此过程的最大值碟形弹簧仓位 于竖直位置时 , N L2 取此过程的最大值碟形弹簧仓位 于此过程的初始位置时 , m 按给定的液压系统压力及刚度,求得的液压缸 的拉力F2,可选取适当的液压缸。 5 安装 1碟形弹簧需进行防锈处理,一般涂防锈油 仅能使用一年左右,就得进行返修,建议碟簧需做 磷化处理,可使用3年以上。 2碟形弹簧仓内壁需进行防锈处理。 3保证预紧杆的导向功能,合理设置碟形弹 簧仓内壁与碟簧的间距。 4各铰接点处设置必要的润滑,并进行封闭 式处理。防止运动过程出现卡塞现象。 5阀盖与阀体之间采用软、硬双重密封结构 图 3 。硬密封由在阀盖与阀体密封止口上分别堆 焊耐腐蚀、耐高温、耐磨损的硬质合金构成,其密 封副采用球面配合结构。软密封应设计为可调节结 构,便于密封面磨损后的调整。 6 结语 新型盘式煤气放散阀具有整体结构紧凑,阀盖 与阀体的对中性和密封性好、密封压力大,密封面 间磨损小,使用寿命长,机构运转灵活、工作可靠 的特点。 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. 〔2〕 机械工程手册 〔M〕.北京机械工业出版社, 1979. 收稿日期 20071081 31 让我们一起来办阀门 让阀门成为您的朋友 722008年第3期 阀 门