炼钢转炉用气动蝶阀结构设计.pdf

2 0 1 3年 2月 第 4 1 卷 第 4期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS F e b ． 2 0l 3 Vo 1 ． 41 No ． 4 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 4 ． 0 3 4 炼钢转炉用气动蝶阀结构设计 胡 万强 许昌学院电气信 息工程学院，河南许 昌 4 6 1 0 0 0 摘要根据钢铁厂转炉除尘输送系统特点 ，设计一种炼钢转炉专用的三偏心气动蝶阀，介绍蝶阀的结构 ，对主要零件 进行了设计计算，并选择气压传动作为蝶阀的驱动方式。 关键词三偏心蝶阀；气压驱动 ；结构设计 中图分类号T H 1 3 8 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 41 1 2 2 S t r uc t ur e De s i g n o f Pne u ma t i c But t e r fly Va l v e f o r St e e l ma ki ng Co nv e r t e r HU W a nq i a n g C o l l e g e o f E l e c t r i c a l a n d I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g o f X u c h a n g U n i v e r s i t y ，X u c h a n g He n a n 4 6 1 0 0 0 ，C h i n a Abs t r ac t A k i n d o f t ripl e e c c e n t r i c p n e uma t i c b ut t e r fly v a l v e，whi c h wa s u s e d f o r s t e e l ma k i n g c o n v e r t e r，wa s d e s i g n e d a c c o r d i n g t o t h e s p e c i a l t y o f c o n v e r t e r d u s t e l i mi n a t i o n s y s t e m． Th e s t r u c t u r e o f t h e b u t t e r fl y v a h ， e w a s e x p l a i n e d．t h e ma i n c o mp o n e n t s w e r e d e s i g n e d a n d c a l c u l a t e d ． P n e u ma t i c d riv e wa s a d o p t e d a s t h e d ri v e mo d e o f t h e b u t t e rfl y v a l v e ． Ke y wo r d s T rip l e e c c e n t ri c b u t t e rfly v a l v e；P n e u ma t i c d ri v e mo d e ； S t r u c t u r e d e s i g n 阀杆轴心 同时偏离蝶片 中心及 本体 中心 ，且密封 副为斜椎 的蝶 阀称为三偏心蝶阀。三偏心蝶 阀因具有 无死区设计、双重安全构造、本体阀座构造等特点， 广泛应用于介质温度小 于 4 2 5 ℃ 的治金 、电力 、石油 化工以及给排水和市政建设等工业管道上 ，作调节流 量和载断流体使用。三偏心蝶阀自问世以来 ，为满足 日益严酷的工况要求，其本身也在经历着 自我完善和 不断发 展的过程 。即使最基本 的零泄漏 ，理论上三偏 心蝶 阀都 可以做 到 ，但实际上还是有赖于周 密的设计 和精密的制造。此次设计的蝶阀即为三偏心蝶阀，采 用双作用气缸驱动，主要用于钢铁厂转炉炉气的回 收，也可用于化工、电站、石油等行业。 1 三偏心蝶阀主要零件设计 作 者所设计 的三偏心蝶 阀如图 1 所示 ，该 阀主要 由阀体 、阀杆 、蝶板 、蝶柱、支架、支座等零件组 成。此 阀的工作 原 理是 气 缸通 过 阀杆 带动 蝶 板转 动 ，蝶 板与阀体 密封 面 吻合 ，将 通 道 切 断 ，即为关 闭 ；反之 ，则 为开启 。 1 ． 1 阀体 结构 设计 阀体是蝶阀中重要零件之一 ，其质量通常占整个 阀体总质量的 7 0 ％左右。根据转炉炼钢产生一氧化 碳、二氧化碳 、氮气、氢气、水蒸气、少量的氧气及 微量 的 甲烷 等 废 气 这 一 特 点 ，阀 体 选 用 球 墨铸 铁 Q T 4 0 0 ，它有足够 的强度 、刚度和耐腐 蚀性 ，可 以满 足设计要求。 端 盂 阀 体阀 杆 图 1 三偏心蝶 阀结构 图 根据参考 资料 ，查得相应 的公称 压力 P 2 ． 5 1 0 P a ，由公称通径 D 1 0 0 m m 和公称 压力 即可 确 定蝶阀的法兰类型为铸铁双法兰连接，查相关文献可 得阀体的结构总长为 L1 5 0 m m，宽度为 K1 6 0 m m。根据阀门的流通能力和流体的阻力系数要求， 确定阀体的流动通道 为 1 0 0 m m。 阀体最小壁厚可根据以下公式计算 收稿 日期 2 0 1 2一 叭 一 0 4 作者简介胡万强 1 9 7 5 一 ，男，硕士，讲师，主要从事机电设计及其控制方面 的教学与研究工作。Em a i l h w q X C U ．e d u． e n。 第4期 胡万强炼钢转炉用气动蝶阀结构设计 1 1 3 ≥ 【 s ． 5 D N 】 1 1 式 中 P 为关 闭 瞬问前 后 的压力 差 ，P 3 1 7 ． 5 2 P a 。 将相关数据代入以上公式，可得 ≥1 2 ． 3 7 m m，圆整 后取 T1 5 mm。 设计 的阀体结构图见 图 2 。 图2 阀体结构图 1 ． 2 碟板的设计计算 1 蝶板大端直径 D的确定 根据 G B ／ T 1 2 2 3 8 ． 2 0 0 8 ，由公称 通径 可得 出蝶板 大端 的直径 即蝶 阀阀座 的最小通径 D 9 4 m m。 2 蝶板 中性面长短半径 的确定 蝶板 中性面 的长半径 RA Ao一 ／ _ J 。t a n 2 a 短半径 一 Es i n c C O S O d 2 c o s 2 式 中 A 为蝶 阀 阀座最 小通 径 的一 半 ； O t 为偏 心 角 ， 根据密封副材料 ，偏心角取 目前阀门制造商广为采用 的参数 ，选 O t1 5 。 ； E为蝶板中性面，取值 1 0 m m。 将相关数据代入 以上公式中，得 R 4 5 ． 5 6 m m，R 4 3 ． 8 9 mm。 1 ． 3 蝶 阀密封 比的确 定 由参考文献可得蝶 阀密封 比的公式为 a c ‘Pj qh 一 式 中 P i 为计算压力 ， P i P P ； m为 比例 系数 ，取 值 为 1 ； 口为 外 圆半 径 ，取值 3 5 m m； c 为 内圆半 径 ， 取 1 m m； b 为密封副接触宽度，取值 2 7 ． 2 m m。将以 上数据代入公式 ，得 q 2 2 ． 7 41 0 P a ，对于刚性 密封面， q h 按公式计算 出来的值降低 2 5 ％ ，即 ‰ 1 7 ． 0 51 0 P a。 1 ． 4 蝶阀的轴向和径向偏心距设计计算 经过计算 ，径向偏心距 e 满足0eR ／ 2，轴 向偏心距 C 满足 5 m m C 3 2 ． 8 m m。因蝶 阀的密封 力矩与径向偏心距近似成正比关系，因此应尽量降低 径 向偏心距 e的大小 。径 向偏 心距 e同时也 满足如 下 关 系 e t a n a b ／ A 日 ／ 二 将相关数据代入上式中，得e1 1 ． 1 6 m m，根据 实际要求 ，可取 e8 m m。设阀杆直径为 d，为了保 证蝶 阀具有完整 、连续 的密封表 面 ，则轴 向偏心 距 C ， 、 还应满足下面公式 d ≤2 f c 一 l 。为了增加阀杆的 、 ， 刚度 ，阀杆 的直径值应取大些 ，经综 合考虑 ，取 C 2 0 m m，代入上式 ，计算得阀杆直径 d 2 4 m m。 2传动方案的设计及分析 由于该蝶阀主要用于钢铁转炉，对精度和声音的 要求不高，故采用气动驱动方式 ，气缸采用双作用式 普通单气缸。三偏心蝶阀通过阀杆带动蝶板转动，如 果蝶板与阀体密封面吻合 ，将通道切断 ，即为关闭； 反之 ，则为开启。气动系统见图3所示。 图 3 气动系统图 3结束语 气动蝶阀主要是由气动执行器和蝶阀组成 ，气动 蝶阀是用随阀杆转动的圆形蝶板做启闭件 ，以实现启 用动作的气动阀门，主要用作截断阀使用。而三偏心 蝶阀作为比较高级的一种蝶阀，因其独特的性能在国 民生产和生活中得到比较广泛的应用。作者针对钢铁 转炉系统设计了一种三偏心蝶阀，并对其主要零件进 行了设计计算。 参考文献 【 l 】陆培文． 实用 阀门设计手册 [ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 7 ． 【 2 】 S M C 中国 有限公司． 现代实用气动技术[ Mj ． 北京 机 械工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． 【 3 】张炫芝． 三偏心蝶阀密封结构的分析与研究[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 0 ． 【 4 】 袁承训． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 00 6．