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闸阀系列

气动调节平板闸阀

气动调节平板闸阀概述

气动调节平板闸阀主要为尼纶厂万吨乙炔炉改造项目而研制开发。在设计过程中,采用了分离式缩口阀体设计及软硬密封相结合的密封原理,多部件控制气动操作机构实现紧急状态快速关闭阀门。

气动调节平板闸阀主要用于尼纶厂万吨乙炔炉改造项目,气动调节平板闸阀在管道中起调节介质流量、紧急状态下快速切断流体通道的作用。由于气动闸阀工作环境为露天、易燃易爆的气体环境中,所以要求气动闸阀能够实现远程控制和防爆等功能。

气动调节平板闸阀技术参数气动调节平板闸阀总装图

公称尺寸:DN50~DN1200

公称压力:PN1.0~6.4MPa

连接形式:法兰连接

主体材质:WCB

流通介质:天然气部分氧化生产乙炔的裂解气体混合物(内含炭黑和少量黏附性很强的高聚物),带有很强的黏性。

气动控制部分:

气动定位器:防水、防爆、本质安全型

电磁阀:ASCO公司生产

安装位置:露天、带有腐蚀性气体的环境

气动调节平板闸阀的组成

气动调节平板闸阀由阀门本体(包括阀体、阀盖、闸板、阀座、阀杆及支架)、气动操作机构(包括气缸及其附件)及控制机构(包括定位器、电气转换器、电磁阀、快速换向阀等)三大部分组成。图1所示为阀门安装后结构(不包括控制元件部分)。

气动调节平板闸阀控制元件接线方法

气动调节平板闸阀控制元件接线情况如图2所示。按图1和图2将阀门零件和气动控制元件装备完毕。在正常工况下,将气压源接上,气流通过空气过滤组合进行过滤净化,净化后的气流流过电气转换器,电气转换器将电信号4~20mA转换为气信号20~100KPa,通过气流大小来控制定位器,流过定位器的气体经过下端三通快速排气阀的常开接口进入气缸,将气缸活塞向上推,带动阀杆向上运动,将阀门打开。关闭时,将电信号从大到小变化,气体流向相反,从气缸上部接口进入,把气缸活塞向下推,将阀门关闭。紧急工况下,电磁阀断电,三通快速排气阀常闭端口打开,气流不经过定位器直接进入气缸上部,将阀门关闭,切断管道。

气动调节平板闸阀的结构特点气动装置接线图

①分离式阀体

阀体在气动调节平板闸阀中主要作为工作介质的流通通道,在实际使用过程中承受工作介质压力、温度、冲蚀和腐蚀,是阀门总很重要的承压元件,因此阀体设计的功能性和工艺性在阀门设计中是非常重要的一部分。

阀体设计的功能性,就是要求设计的阀体能够再工作压力下安全稳定地工作,能够经受内部流通介质的冲刷和外部环境的侵蚀。

阀体设计的工艺性,就是要求设计的阀体工艺上不仅可行,还要求加工方便。对于本阀体,由于带导流孔闸板尺寸较大,相应地阀体结构尺寸也加大,带来的问题就是模具制作比较麻烦,内部尺寸难以加工精度不容易保证。考虑到这些方面,采用如图3和图4所示的阀体结构。

在图3和图4中,阀体分为主阀体和副阀体两部分。副阀体通过螺柱螺母和主阀体连接。采用这种结构有下面两个优点:

1、主、副阀体分开制作铸模,模具结构简单,制作起来更容易。

2、主、副阀体分开,主阀体和副阀体结构相对比较简单,加工过工艺性较好,阀体内腔及密封面和导向面要求具有较高的表面粗糙度,加工起来比较容易,精度更容易保证。气动调节平板闸阀阀体结构图

②带导流孔平行闸板

由于气动调节平板闸阀在系统中有调节流量的作用,且经常处于90%的开度,因此设计结构如图5所示。

闸板的结构确定之后,zui关键的是闸板材料的选择。初次设计时,根据客户要求采用了不锈钢材料F304,表面经过盐浴渗氮处理后,闸板表面粗糙度下降,黏稠的介质在闸板上大量黏附,导致的后果就是闸板和阀座之间的摩擦力增大,气动操作机构操作力增大,软的PTFE阀座磨损严重,zui后导致整个阀门不能稳定可靠地工作。

经过与用户相关技术人员的沟通,对闸板进行改进设计。经过讨论,闸板材料选用38CrMoAl,表面渗氮处理,经过处理后进行平整度和表面粗糙度处理。

闸板下端设置导流孔,在闸板抬起过程中,由于导流孔的存在,使得阀门的流体通道孔不断变化,通过的流体流量也随之变化,起到调节流量的作用。

不仅如此,还对闸板的下端结构进行了优化设计。在阀门关闭过程中,闸板下端尖角zui先和阀座密封面接触,很容易划伤阀座密封面,同时也会加速阀座密封面的磨损。为了改善这种情况,将闸板的下端边缘磨圆,减小闸板下端尖角,延长阀座密封面寿命。

③软硬密封相结合

在使用中,阀体和闸板之间的间隙很小,粘稠的介质在狭小的空间内大量堆积,甚至黏附在软密封面上。这样在启闭过程中,软的密封面很容易就被拉毛,达不到密封作用。闸板结构图

总结了使用和设计中的问题,对密封结构进行了改进设计,以金属阀座硬密封为主,软密封圈提供初始预紧比压。改进后,金属阀座和闸板组成密封副,阀座密封面堆焊硬质合金。在闸板运动时起密封作用,同时可以很容易刮掉黏附在闸板密封面上的介质。装配时,L形PTFE座圈为金属阀座提供初始的预压力压紧闸板,使得闸板和阀座之间能够贴紧,保持通道的密封。

④闸板接头改进设计

阀杆和接头之间采用了T形头连接形式,在闸板和阀杆之间添加连接接头,主要基于以下几点考虑:

(1)闸板直接与阀杆用T形头连接,在闸板运动时容易产生晃动,开启高度很大时,闸板容易脱落。

(2)阀杆通过闸板接头连接,更好地传递作用力。

(3)阀杆和接头之间添加弹簧,关闭时瞬间在接头和阀杆之间形成缓冲,降低阀杆和接头之间的冲击。

(4)闸板在阀体内可以适当调整位置,防止卡死。

改进后的方案中,闸板通过四个锥销固定在接头上。密封比压计算图

闸板通过T形头连接阀杆,并且在接头和阀杆之间安装了缓冲弹簧。一方面房子接头和阀杆之间刚接触瞬间产生比较大的冲击力;另一方面即能够防止接头和阀杆在运动时松脱,又可以在检修时很容易拆开接头和阀杆,方便检修。

⑤气动操作机构

气动操作机构是气动调节平板闸阀的一个典型结构。在气动操作机构中, 用到了气动装置、定位器、电气转换器、快速排气阀及电磁阀等元器件,在此纤细介质以下各元器件的选择。

(1)气动装置的选择

阀门密封比压计算见表1,阀杆作用力计算见表2。

气动装置是气动操作机构中zui重要的零部件。在选择时,首先必须计算阀门在工作情况下,阀杆所承受的zui大操作力,根据此操作力来选择气缸的型号。

(2)定位器的选择

气动定位器是执行机构的配套元件,它接受20~100KPa气压输入信号,通过电气转换器可以接受4~20mA电流输入信号,通过输入的信号来控制活塞杆的行程。阀杆作用力计算图

(3)电磁阀的选择

电磁阀是一种控制流体方向的自动化基础元件,在液动、气动操作机构中应用非常广泛。考虑到气动调节平板闸阀工作在易燃、易爆及腐蚀性很强的环境中,气源压力不高,需要防爆等,选用ASCO公司生产的电磁阀。

(4)功能

1、防爆功能。由于气动调节平板闸阀的工作介质为石油裂解气体混合物,易燃易爆,因此必须采用防爆型的电器元件。气动定位器选用了防水、防爆型。电磁阀电压为24V,进口防爆。同时,个链接密封接头均采用耐腐蚀材质,使得整个系统的安全可靠性能大大提高。

2、位置指示功能。在支板上安装位置刻度指示,准确指示阀门的开启高度,让操作人员可以醒目准确地看到闸板的开启位置,操作更加直观方便。

3、流量调节功能。操作机构中采用定位器控制,从电气转换器输入的信号准确记忆阀门的开启和关闭位置,实现定位器的准确定位,通过改变输入电流的大小,实现闸板开启高度的实时变化,很方便地调整管道中流体的流量。

4、紧急状态快速切断管道。在紧急状态下,快速切断电源,电磁阀断电,三通快速换向阀的常闭端口打开,气源不经定位器直接进入气缸,快速关闭阀门,切断管道、防止事故的发生。

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