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    发布日期:2016-10-17


    气动直流式截止柱塞阀DN32设计

    摘 要:对气动直流式截止柱塞阀的型号及特点做说明,分析其工作原理及结构形式,并详细介绍DN32流量及行程的设计计算过程。

    关键字:柱塞阀 DN32 设计计算


    1 型号说明

    随着工业飞速发展,工业阀门品种越来越多,根据阀门型号编制方法标准规定,阀门的型号由七个单元组成,但由于气动直流式截止柱塞阀为我厂开发设计的新型产品,型号编排尚未有国家专属标准,按国家标准及我厂制订方法,气动直流式截止柱塞阀型号编制如图1所示。

    图1 阀门型号编排

    2 产品概述

    气动直流式截止柱塞阀是根据轧钢供水冷却系统装置配件的需要,开发设计并制造的新型产品,该结构阀门属于更新换代产品,它可代替球阀、闸阀、截止阀、蝶阀等各种自动控制的气动阀门。这种结构阀门在国内尚未广泛应用,现在还没国家专属标准,结构新颖,独此一家,和以往的各种阀门相比,具有如下特点。

    (1)该阀门采用了无磨损主密封,故阀门开、闭均无转动摩擦力矩,开、关方便,无卡阻现象。

    (2)该阀门采用了气缸柱塞套直接压在主密封圈上,并且工作时保压;同时采用了先进的阶梯圈密封,可达到零泄漏,与此同时,又采用了导向环,可很好地起到导向和支承作用,故阀门运行平稳。

    (3)该种阀门结构紧凑,内置气动装置,不占空间,恰似一段接管。安装、拆卸方便。

    (4)设备重量轻,相当于球阀、截止阀、闸阀等同口径阀门重量的2/3~1/2。

    (5)该阀门气缸开、关采取缓冲措施,故阀门运作平稳,无冲击,使用寿命长。

    (6)该阀门响应速度快,开启或关闭时间为0.25~0.68秒。

    3 设计

    3.1 工作原理

    本阀由壳体、柱塞、阀盖三大部分组成,气动装置也由本阀主体三大部分组成,开启、关闭动作是由气体驱使柱塞上升或下降来实现的。

    如需关闭阀门,压缩空气从壳体的进气孔A进气,推动柱塞向后移动,柱塞下端直接压紧在主密封圈上,并且工作时保持压缩空气的压力,压力管道中的介质被截止流通,阀门关闭,如图2所示。

    图2 阀门关

    如需开启阀门时,从阀盖的进气孔B进气,推动柱塞向前移动,柱塞下端与主密封圈脱离,水流通,如图3所示。

    图3 阀门开

    3.2 密封结构说明

    3.2.1 活塞杆密封结构

    为控制气缸驱动压力与介质压力的可靠密封程度,采用了先进的轴用阶梯圈密封,它是由一个低摩擦的填充聚四氟乙烯(PTFE)环和O形橡胶密封组合而成,O形圈提供足够的密封预紧力,并对PTFE环的磨耗起到补偿作用,PTFE系数小,动静摩擦系数相近,适用于高低速往复运动及高压系统的密封,本阀采用了两个阶梯圈密封,安装时两个阶梯圈必须方向相反,起到零泄漏作用。同时和导向环配套使用,起到导向和支承作用,此密封结构在安装时,应如图4所示。

    图4 活塞杆密封结构

    3.2.2 活塞密封结构

    气缸活塞密封结构采用了孔用Yx圈密封,它具有结构简单,截面小,安装方便,密封性能好,工作压力可达16~32MPa。往复速度快,但它只有单向密封,必须采用两个孔用Yx圈,安装时必须方向相反,才可达到往复运动密封效果,如图5所示。

    图5 气缸活塞密封结构

    3.2.3 主密封结构

    气动直流式截止柱塞阀的密封圈2紧装在阀座1上,并用压座3紧压密封圈用内六角螺栓4锁紧。在阀门开启、关闭时均无转动摩擦力距,密封圈与柱塞杆5下端面的密封靠工作时保持压缩空气的压力,故对主密封圈无磨损,如图6所示。

    1.阀座2.密封圈3.压座4.内六角螺栓5.柱塞杆

    图6 主密封结构 

    3.3 主要技术参数

    公称通径:DN32;公称压力:PN1.0MPa;实际使用压力:0.2~1.0MPa;

    密封试验压力:1.0MPa;强度试验压力:1.5MPa;驱动气压:P气=0.6~0.8MPa;

    工作温度:-10℃≤t≤80℃;工作介质:水。

    3.4 设计计算

    3.4.1 阀门的流道面积A

    流道面积A是指阀门进口端到阀座密封面间的最小截面积,用来计算无任何阻力影响时的理论排量。

    在压力管道中,最小截面直径为管道截面直径,即d=DN=32mm。

    故:流道面积

    3.4.2 阀门的帘面积B

    帘面积B指当柱塞杆在阀门上方升起时,即阀开状态下,在其密封面之间形成的通道面积。

    因该阀门结构原因,帘面积在于阀座外径DJH与阀盖内腔该部位截面内径DMP所形成的截面环面积,而阀盖与阀座之间用加力筋加强截面强度,所以帘面积必须减去加力筋截面积,C如图7所示。

    图7 帘面积

    故帘面积:

    根据结构位置及密封位的需要,取DMP=70mm,DJH=60mm,C=5×8=40(mm2),整理得:

    为保证阀门介质流量畅通无阻,帘面积B>流通面积A,才能满足该阀门的需求。

    3.4.3 阀门柱塞的行程S

    行程S是指柱塞离开阀门关闭位置至开启位置的距离。即阀开状态柱塞杆下端面与主密封面之间的距离,此距离关系到阀门能否排出内腔内的介质(理论排量,即流量面积A)。

    取S=10mm。

    4 结论

    通过对气动直流式截止柱塞阀的特点说明,分析其工作原理及结构形式,设计并试制,在轧钢供水冷却系统装置中使用检验,各项技术指标均达到实际使用的要求,主要体现在结构紧凑,相比较于球阀、闸阀、截止阀、蝶阀等气动阀,不占空间,且重量轻其他同口径阀门一半以上,安装、拆卸更方便,响应速度更快,再者,它采用的密封件在工作中均无磨损,使用寿命更长。

    此气动直流式截止柱塞阀已研制成功,应用在国内轧钢供水系统装置中,比其他同功能阀门更优越。

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