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        Y型料漿調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        2018-01-15 22:51:42袁林楓劉曉凱張瑩張玉環(huán)王貴武
        價(jià)值工程 2018年1期
        關(guān)鍵詞:閥瓣閥體

        袁林楓+劉曉凱+張瑩+張玉環(huán)+王貴武

        摘要: 論述了Y型料漿調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能和特點(diǎn),著重介紹了該閥的計(jì)算方法。

        Abstract: The structure, working principle, performance and characteristics of Y type slurry regulating valve are discussed, and the calculation method of the valve is introduced.

        關(guān)鍵詞: Y型料漿調(diào)節(jié)閥;閥體;閥瓣

        Key words: Y type slurry regulating valve;valve body;disc

        中圖分類(lèi)號(hào):TP214 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-4311(2018)01-0156-02

        1 概述

        調(diào)節(jié)閥又稱(chēng)控制閥,它是過(guò)程控制系統(tǒng)中用動(dòng)力操作改變介質(zhì)流量的裝置。調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行器和閥門(mén)兩大部分組成,在管網(wǎng)系統(tǒng)中,流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)的閥門(mén)組成的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。歷史的進(jìn)步,工業(yè)的發(fā)展,對(duì)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的要求越來(lái)越高,Y型料漿調(diào)節(jié)閥,以其流通容量大、流道簡(jiǎn)單、流阻小、不平衡力小、易于加工,是鋁工業(yè)冶煉工藝系統(tǒng)中一種比較理想的調(diào)節(jié)類(lèi)閥門(mén)。

        2 料漿調(diào)節(jié)閥的比較

        ①目前鋁工業(yè)冶煉工藝系統(tǒng)使用的料漿調(diào)節(jié)閥多為針形調(diào)節(jié)閥或角式調(diào)節(jié)閥,從實(shí)用角度看,其結(jié)構(gòu)還存在較多不足的地方:1)流道彎曲且急(有一個(gè)90°彎),自然流阻很大,沖刷磨損較快;2)角式調(diào)節(jié)閥閥瓣較短,調(diào)節(jié)性能差,且不穩(wěn)定;3)流量調(diào)節(jié)不精確;4)易于發(fā)生氣蝕和振動(dòng);5)可調(diào)比范圍不大(不足常用的R=30:1的標(biāo)準(zhǔn));6)基本誤差較大在±5%左右,很難實(shí)現(xiàn)±1%的設(shè)計(jì)要求。

        ②Y型料漿調(diào)節(jié)閥,在設(shè)計(jì)上采用分體組合、直流式閥體,雙曲線長(zhǎng)形閥瓣。在使用過(guò)程中可大大地改善上述閥門(mén)的不足之處。它的流道趨于一條直線,流阻小,雙曲線長(zhǎng)形閥瓣調(diào)節(jié)范圍大,調(diào)節(jié)誤差小,同時(shí)靈敏度也高。工作壓力范圍0.6~10.0MPa,環(huán)境工作溫度在425℃左右,Y型料漿調(diào)節(jié)閥優(yōu)越性,顯而易見(jiàn)。該閥的主要零件組成如下:1)閥體(左右組合體)2)閥座3)密封墊4)閥瓣5)閥桿6)支架7)防轉(zhuǎn)塊8)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)閥桿上、下活動(dòng),閥門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉,從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流量的作用。

        3 設(shè)計(jì)原理

        保證流道暢通,減小流阻和介質(zhì)對(duì)閥體的沖刷,調(diào)節(jié)精度高,動(dòng)作迅速,在設(shè)計(jì)時(shí)采用分體組合的Y型閥體結(jié)構(gòu),易于更換閥座,采用直流式流道結(jié)構(gòu),流阻小從而提高 了該閥門(mén)的使用壽命(在同樣工況下是針型、角式調(diào)節(jié)閥門(mén)壽命的1.5倍以上)。閥瓣設(shè)計(jì)成雙曲線長(zhǎng)形的幾何形狀,針對(duì)Y型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),運(yùn)用優(yōu)化、創(chuàng)新理念,閥體內(nèi)腔熱噴涂WC合金,閥瓣采用YG8硬質(zhì)合金和35#金屬組合的結(jié)構(gòu),閥座整體采用YG8硬質(zhì)合金,這樣大大提高了閥門(mén)的耐磨、耐腐蝕性能,如圖1。

        4 Y型料漿調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)計(jì)算

        4.1 收集設(shè)計(jì)參數(shù)

        通徑、連接形式、公稱(chēng)壓力、壓差、最大流量、標(biāo)準(zhǔn)流量、最小流量、流量系數(shù)、工作溫度、介質(zhì)特性、控制方式等技術(shù)參數(shù)。根據(jù)閥門(mén)在工藝流程中的安裝位置,要進(jìn)行認(rèn)真、詳細(xì)的計(jì)算。

        4.2 閥體的設(shè)計(jì)

        為了改變流阻系數(shù),使閥體具有分流和匯流的功能,將閥體設(shè)計(jì)成分體組合、直流式結(jié)構(gòu),盡量使閥體內(nèi)腔的通道截面尺寸均勻相等,減少曲線流道。如圖2所示。

        閥體壁厚SB按第四強(qiáng)度理論計(jì)算:

        SB=+C(1)

        式中:SB:考慮腐蝕余量后的閥體壁厚,mm;P:公稱(chēng)壓力MPa;DN:公稱(chēng)通徑,mm;C:附加余量,mm。

        4.3 流量特性曲線

        考慮調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線,可用閥瓣的位移與介質(zhì)流量成對(duì)數(shù)關(guān)系確定,通常用以下公式:

        qm=f(h)(2)

        式中qm:介質(zhì)流量,m3/s;f(h):線性或等百分的特性函數(shù)式;h=H/H100:閥門(mén)開(kāi)度面積與全開(kāi)面積之比。

        線性特性及等百分比:根據(jù)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與閥瓣的相對(duì)位移成直線關(guān)系(即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù))即:

        K=(3)

        式中Q:實(shí)際流量,m3/s;Qmax:最大流量,m3/s;l:閥瓣位移的實(shí)際長(zhǎng)度,m;L:閥瓣在閥腔中的行程,m。

        根據(jù)流量的等百分比特性曲線的理論得出的該Y型料漿調(diào)節(jié)閥得流量特性。即閥桿的單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與該點(diǎn)的相對(duì)流量成正比。流量系數(shù)

        KV==K(Q/Qmax)(4)

        4.4 確定閥門(mén)尺寸

        ①為了計(jì)算方便,假設(shè)為不可壓縮的流體,介質(zhì)為單相流,不計(jì)粘度,無(wú)氣蝕的條件,流量系數(shù)公式為:

        CV1=(5)

        式中,Q:流量,m3/h;ΔP:進(jìn)出口壓差,bar;G:介質(zhì)比重;P1:進(jìn)口壓力,bar;P2:出口壓力,bar;根據(jù)公式(5),計(jì)算介質(zhì)流量和壓差。

        ②用于可壓縮流體的閥門(mén),假設(shè)介質(zhì)為氣體(非蒸汽),不計(jì)壓縮性,非阻塞流狀態(tài),則基本公式為:

        CV2=(6)

        式中Q:流量,m3/h;T:絕對(duì)溫度;G:介質(zhì)比重,氣體密度與空氣密度之比;X:實(shí)際壓縮比,X=(ΔP/P1);Y:膨脹系數(shù)。

        ③介質(zhì)為蒸汽時(shí),流量系數(shù)計(jì)算公式:

        CV3=(7)

        式中W :質(zhì)量流量,m3/h;ΔP:進(jìn)出口壓差,bar;V1:比容,m3/kg; Y:膨脹系數(shù)。

        注:各系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)選取方法:以上各量有些是介質(zhì)的物理常數(shù),有些是管道的工藝參數(shù),都可以根據(jù)工況條件求得。唯有膨脹系數(shù)Y值需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。

        Y=(8)

        式中FK:比熱系數(shù)(FK=K/1.4);K:氣體介質(zhì)的定壓比與定容比熱之比;XT:極限壓降比(出現(xiàn)阻塞流時(shí)壓降與上游壓力之比)。

        資料中記載,空氣K=1.40,兩相流中的FK=1.4,空氣的FK=1,其他空氣介質(zhì)可以取FK≈1,而不至于對(duì)計(jì)算造成太大的誤差。XT是閥門(mén)開(kāi)度函數(shù),對(duì)柱塞單座式調(diào)節(jié)閥來(lái)說(shuō),XT可取0.72,其開(kāi)度在50~60%。計(jì)算非阻塞流的公式:

        Y=1-=1-0.92/3X1.4X0.72≈0.70(9)

        式中FK=K=1.4:比熱系數(shù);X=(P1-ΔP)/P1=0.92;已知:P1=100bar,P2=92bar,ΔP=8bar,XT= 0.72(閥門(mén)開(kāi)度系數(shù),查表)。從計(jì)算結(jié)果,判斷為非阻塞流。

        當(dāng)X

        當(dāng)X≥FK XT時(shí),為阻塞流,X≥FK XT時(shí),設(shè)計(jì)時(shí)重新修正流量系數(shù)。

        從以上計(jì)算得知,Y型料漿調(diào)節(jié)閥是可行的,據(jù)有關(guān)資料記載料漿調(diào)節(jié)閥是可以采用兩相流的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算的。經(jīng)過(guò)上述solidworks三維流體分析計(jì)算效果良好,所以該閥門(mén)的設(shè)計(jì)理論上是可行的,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足工況所需的技術(shù)要求。

        5 Y型料漿調(diào)節(jié)閥的優(yōu)點(diǎn)

        ①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于加工制造,成本較低;②啟閉迅速,調(diào)節(jié)性能良好;③閥體為分體組合、直流式結(jié)構(gòu),流道流暢,不平衡力小,流阻小,不易出現(xiàn)渦流、氣蝕等現(xiàn)象;④操作簡(jiǎn)單,維修方便,易于調(diào)節(jié)、控制;⑤流體在閥腔內(nèi)流動(dòng)狀況為分流和匯流狀態(tài),噪聲小,符合環(huán)保理念,降低了磨損程度,使用壽命長(zhǎng);⑥可調(diào)比范圍較大,超過(guò)30:1的標(biāo)準(zhǔn)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]吳國(guó)熙編著.調(diào)節(jié)閥使用與維修[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999.

        [2]陸培文.調(diào)節(jié)閥實(shí)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

        [3]明賜東.調(diào)節(jié)閥應(yīng)用[M].成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社,1989.

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