节流用渣浆闸阀结构改进.pdf

文章编号 100225855 2007 0220017201 作者简介何强胜1974 - ,男,工程师,从事渣浆泵和渣浆闸阀设计工作。 节流用渣浆闸阀结构改进 何强胜 石家庄工业泵厂,河北 石家庄050100 摘要 分析了闸阀在渣浆管路中节流使用时失效的主要原因,提出在相似使用条件下闸阀的 结构改进。 关键词 闸阀;节流;回流;汽蚀 中图分类号 TH134 文献标识码 A The structural improvement of slurry gate valve when flow controlled HE Qiang2Sheng Shijiazhuang Industrial Pump Factory , Shijiazhuang 050100 , China Abstract This paper analyses the main reason of the failure of slurry gate valve when it adjustsflow in the slurry pipeline. And it gives the structural improvement of slurry gate valve in the similar working condition. Key words gate valve ; throttling; back2flow ; cavitations 1 概述 由于选型计算与实际管网阻力存在误差,渣浆 泵在实际运行中流量偏大。为达到生产平衡,需要 用出口管路上的闸阀来调节流量,以满足生产工艺 过程的要求。闸阀一般只能做开、关截止使用,开 度小于40 时才能起到节流的作用,而在渣浆管 路上做节流使用时寿命很短。由于阀门节流时产生 汽蚀和回流,在阀体槽和闸板部位形成大量深沟及 凹坑,以致阀门过早失效,增加了维修成本,并严 重影响了生产系统的稳定运行。 2 分析 当浆液通过闸板与阀体形成的小通道时,过流面 积局部收缩,流速急剧增加,压力骤然下降,瞬间压 力下降至汽化压力后,就会产生气泡。节流后,升高 的压力压缩气泡,迫使气泡破裂,对材料造成破坏。 同时,浆液通过局部收缩的小断面后,与管壁脱流, 在闸板背面产生低压区,形成回流图 1 。回流浆液 夹杂着气泡和渣浆,在高压区和低压区反复冲刷,使 闸板背面和阀体的槽底部形成严重破坏,尤其是闸板 两侧与阀体形成的月牙形尖角处闸板背面最为严重。 同时,还会产生噪声和振动。 图1 介质回流 11 阀体 21 闸板 31 短管 41 衬套 图2 镶嵌衬套结构 下转第22页 712007年第2期 阀 门 口处存在支承结构,而阀门的重心和电动装置的重 心都在约束位置之上,再加上电动装置自身的质量 很大,因此当阀门和电动装置在地震条件下产生惯 性力时,该力将在阀体通径的端口形成很大的载 荷,并将造成阀体通径端口处应力水平过大。 考虑抗震支耳时,可认为阀门的约束位置仅存 在于抗震支耳处,尽管阀体通径的两个端口处与外 接管道焊接,但管道的约束作用相对较弱,可以不 予考虑。计算得到的阀门基频为9415Hz。由此可 知,抗震支耳的存在可以极大地提高阀门的整体刚 度,这对保障阀门的抗震性能是十分重要的。 仍采用等效静力法进行抗震计算,得到的阀体 和阀盖的Tresca应力分布如图5所示。对于阀体 和阀盖的整体结构,仍是在中法兰对的根部部位应 力达到最大。根据承压边界的应力分类原则,由图 5中的应力分布可得知,此处的一次薄膜应力不超 过7713MPa ,一次薄膜加一次弯曲应力即一次 应力不超过155MPa ,一次应力叠加二次应力不 超过243MPa。 通过计算结果比较可知,阀门的主体结构是足 够强的,阀门结构应力的主要来源是内压及主螺栓 预紧载荷。相比之下,阀门自身因地震而产生的附 加应力很小,阀门在地震条件下的安全主要取决于 电动装置的支承情况。由于电动装置的质量远大于 阀门本身的质量,并且其重心位置最高,因此单靠 阀体两端通径处的管道支承是无法承受电动装置在 地震条件下所可能产生的惯性力的。因此,从抗震 的角度分析,在抗震支耳处施加约束是必须的。现 场安装时,应在抗震支耳处安装足够的支承结构, 通过抗震支耳将电动装置的重力传递到基础上去, 以保证在地震条件下,电动装置所产生的惯性力不 会传递到阀门本体上去。 5 结语 核安全级阀门因其对安全性能的高度重视,要 求设计人员在设计的过程中进行大量的分析和验证 工作。其中,对结构进行详细的力学分析变得越来 越重要,它不仅能对阀门的受力特性给出充分的论 证,更能为设计人员改进结构设计和保障运行安全 提供有益的建议。 参考文献 〔1〕 ASME -Ⅲ,核动力装置设备 〔S〕. 〔2〕 张征明,吴莘馨,何树延.核安全级阀门的结构力学分析. 阀门 〔J〕. 2004 4 , 1 - 4. 〔3〕 ASME -Ⅲ,核动力装置设备 〔S〕. 〔4〕 ASME -Ⅱ,材料, D篇,性能 〔S〕. 收稿日期 20061121 30 上接第17页 3 改进 311 镶嵌衬套 为了提高阀门的耐磨性,采用了镶嵌衬套结构 图2 ,衬套材料可以是橡胶或耐磨合金。橡胶材 料成本低,密封性能好,但耐磨性差,寿命短,维 护工作量大,且更换不方便,工作运行成本高。耐 磨合金材料耐磨性能好,比整体铸造耐磨合金成本 上经济,比橡胶性价比高,衬套可以更换,阀体可 以继续长期使用。衬套选用高硬度、耐磨蚀的高铬 耐磨合金铸铁,其热处理后硬度达58～62HRC , 耐磨蚀性能良好。 312 加隔板 为了降低回流对闸板和阀体槽的冲蚀,在出口 套中设置隔板图 2 。隔板强迫介质形成二次扩 散,将大面积的回流控制在隔板以下的区域内,减 轻了回流对闸板和阀体槽的冲刷。同时减小了压 降,降低了汽蚀发生的可能性。 4 结语 闸阀采用衬套加隔板结构,能有效分配压差, 避免汽蚀。同时采用高耐磨蚀的合金材料作衬套, 提高了渣浆管路中节流用闸阀的寿命。此结构已获 得专利专利号 ZL032421761 1 。 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〕 陆培文.实用阀门设计手册 〔M〕.北京机械工业出版社, 2002. 〔3〕 成大先.机械设计手册 〔M〕.北京化学工业出版社, 1997. 收稿日期 20061081 05 22 阀 门 2007年第2期