連桿蝶閥是蝶閥的一種結構形式,主要應用于冶金高爐熱風爐系統的管道中,它具有體積小、重量輕、動作靈活、拆裝方便等優點。因此,連桿蝶閥在熱風爐系統的空氣、煤氣、煙氣等介質管道中得到了廣泛應用。
一、連桿蝶閥的結構特點
連桿蝶閥的結構如圖1所示,它主要由驅動裝置、閥板、閥體、主軸、桿系等零部件組成。調節閥的啟閉是靠驅動裝置驅動主軸帶動桿系機構運動,從而實現閥板的打開和關閉。通過圖1可以看出,無論閥門在開啟還是關閉的時候,閥板及其連動部件始終是在介質的包圍之中。當閥門關閉時,閥板要承受介質的所有壓力,這樣就會引起閥板的塑性變形,進而使其連動件引起變形;當閥門開啟時,閥板又會受到介質的沖刷,以及介質流動所引起的閥板本身的振動,這樣同樣會加快連動部件的損壞,尤其是鉸接處固體自潤滑軸承的損壞。因此,連桿蝶閥閥板的壽命也就是連桿蝶閥的壽命。
二、連桿蝶閥閥板的結構分析
根據連桿蝶閥閥板的結構特點,加工制造時一般不采用鑄造結構,傳統閥板主要采用焊接的形式,如圖2所示,閥板上兩立板采用鋼板直接下料,大圓鋼板下料后需要熱壓成形,壓出一定弧度,然后與立板焊接,最后進行機加工。
從工藝角度對此種結構的閥板進行分析,閥板由三部分組成:立板、墊板、大圓鋼板。如果采用此種結構的閥板,墊板和立板可以直接下料成形,而大圓鋼板則需要工藝人員首先算出下料尺寸,然后再按要求的弧度做出壓形胎具,用胎具將大圓鋼板壓制成形,最后與其他兩件組對焊接。而主要問題就出在制造壓形胎具這一步,閥板中心部分為弧形,邊緣是一平面,這就需要每做一個規格的閥門,就要做一種胎具,否則不能壓出所需要的形狀。這無形之中就增加了企業的制造成本。
用有限元技術對這種結構進行分析,在DN1700連桿蝶閥傳統結構閥板上加0.4MPa壓力時的分析結果,可以看出整個閥板最大變形處在兩立板上,此時發生的最大變形為1.69mm,這樣會使與閥板相連的銷軸和軸套受到很大的損壞。如圖4所示是熱風爐冷風管道的DN1700冷風閥的損壞情況(冷風管道壓力為0.47MPa,溫度為350℃),該閥門損壞原因是與閥板相連的銷軸變彎,銷軸處自潤滑軸承被完全擠碎。
三、閥板的優化設計
通過上面從不同角度對閥板結構的分析,了解了傳統閥板結構的不足之處,通過現場實踐及用計算機的模擬分析,最后把閥板的結構改進。雖然只是對原來的結構作了很小的調整,但是這給加工制造帶來很大的方便,對于一個系列的產品,可以將大圓鋼板設計成一個弧度,這樣只用一套胎具就可以滿足設計要求。同樣閥板的剛度和強度也都有很大的提高。對改進后的DN1700連桿蝶閥閥板施加0.4MPa壓力分析出來的結果(注:改進后的閥板大圓鋼板、墊板、立板與傳統閥板上各件的厚度相同)。閥板的最大位移仍然發生在立板這個框架上,但只有0.13mm的變形量,是傳統結構閥板變形量的1/13。由于銷軸與固體自潤滑軸承之間有一定的的設計間隙,所以這樣的變形量,不會影響閥門的正常使用。
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