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          閥門知識

          氣動閘閥的設計與開發

          2020-06-24

          氣動閘閥


          氣動閘閥摘要

          分析了常規氣動閘閥存在的問題,設計開發了三種適用于閘閥的氣動裝置,包括異徑氣動裝置、配置減壓閥的氣動裝置及設置預緊彈簧的氣動裝置,解決了閘閥需要的啟閉力與氣動裝置輸出的啟閉力不匹配的問題,設計開發的氣動閘閥已在工程項目中得到成功應用。

          氣動閘閥前言常規氣動閘閥結構圖

          閘閥是zui常用的一種閥類,適用于各種壓力、溫度、口徑范圍,性價比高,可靠性高,在石油、化工、電力、冶金、制藥及城建等各種工業領域中得到廣泛應用。

          氣動裝置是一種常用的閥門驅動裝置,隨著工業的發展以及對自動控制要求的不斷提高,氣動裝置的應用越來越廣泛。目前氣動裝置大量應用于球閥、蝶閥等部分回轉閥門,閘閥、截止閥等多回轉閥門也有應用。

          常規氣動閘閥如圖1所示,閘閥的閥桿一端與氣動裝置的活塞連接,另一端與閘閥的閘板連接,活塞在氣缸中的介質壓力作用下可以上下運動,活塞的運動通過閥桿帶動閘板運動,從而實現氣動閘閥的開啟與關閉。通常閘閥的開啟力與關閉力是不同的,尤其是對于楔式閘閥,關閉力要設置得比較小,只要能夠確保閥門密封即可。如果關閉力太大,一方面閥門密封面因摩擦力過大容易擦傷損壞;di二方面會引起閥座及閘板密封面的過度變形而損壞;di三方面過大的軸向力會使閥桿產生彎曲變形;di四方面會引起閘閥中法蘭螺栓的過度拉伸而損壞以及中法蘭的密封泄漏。

          為了確保閘閥在任何情況下都能夠開啟,通常需要設置較大的開啟力,特別是在高溫下,由于材料的熱膨脹,閘板與閥座在關閉時會貼合得很緊,因此需要較大的開啟力。但是,閘閥氣動裝置的閥桿占據了活塞下部氣缸的部分面積,因此,氣體作用在氣動裝置活塞上的關閉力要略大于開啟力,因此,氣動閘閥關閉后,由于氣動裝置的開啟力較小,往往不能確保閥門開啟。用戶使用時,為了能夠使處在關閉狀態下的閘閥開啟,通常調高氣動裝置的氣源壓力。但是,氣源壓力的增高,也使閘閥的關閉力更大,重新關閉后的閘閥將更難開啟,甚至由于關閉力過大而導致閥桿彎曲變形。異徑氣動裝置結構圖

          總之,閘閥需要設置較小的關閉力和較大的開啟力,通常關閉力是開啟力的70%左右,但是氣動裝置輸出的關閉力要大于開啟力,由于閘閥需要的啟閉力與氣動裝置輸出的啟閉力不匹配,導致氣動閘閥經常出現各種問題。

          氣動閘閥的設計與開發

          常規氣動閘閥問題的實質是閘閥所需的啟閉力與氣動裝置輸出的啟閉力不匹配,閘閥的啟閉力通常是無法改變的,因此,將通過改變氣動裝置的設計來解決氣動閘閥的問題。

          ①采用異徑氣動裝置的結構設計

          為了解決常規氣動閘閥的氣動裝置關閉力過大、開啟力過小的問題,設計開發了如圖2所示的異徑氣動裝置。

          閥桿與大氣缸活塞以及小氣缸活塞固定連接,開啟閥門時,在大氣缸活塞的下端進氣,同時排放小氣缸活塞上端氣缸中的氣體。由于氣體作用在大氣缸的活塞上,因此氣動裝置輸出較大的開啟力。關閉閥門時,在小氣缸活塞的上端進氣,同時排放大氣缸活塞下端氣缸中的氣體,由于氣體作用在小氣缸的活塞上,因此氣動裝置輸出較小的關閉力??梢愿鶕l閥需要的關閉力和開啟力來設計大小氣缸的尺寸。大氣缸活塞的上部氣缸與小氣缸活塞的下部氣缸聯通并通過氣孔與大氣相通。采用異徑氣缸的設計,解決了氣動裝置輸出的啟閉力與閘閥所需的啟閉力不匹配的問題。但是,采用異徑氣動裝置,會顯著增加氣動裝置的高度,這時該結構設計的缺點。

          ②采用減壓閥的氣動裝置的結構設計設置減壓閥的氣動裝置結構圖

          為了解決常規氣動閘閥的氣動裝置關閉力過大的問題,設計開發了如圖3所示的帶減壓閥的氣動裝置,減壓閥設置在氣動裝置上端進氣口的位置,通常采用比例式減壓閥,根據閥門所需要的開啟力和關閉力的大小通過計算來配置減壓閥,通過降低關閥時的氣缸壓力來實現減小關閉力的目的,該結構設計簡單有效。

          ③采用彈簧加載氣動裝置的結構設計

          為了解決常規氣動閘閥的氣動裝置輸出開關力與閥門需要的開關力不匹配的問題,在氣動裝置的活塞下部設計了彈簧(見圖4),根據閥門所需的開啟力和關閉力計算確定彈簧的尺寸及預壓縮力。從而使氣動裝置輸出的開關力與閥門所需的開關力協調匹配。該氣動裝置開啟閥門的力是氣體作用在活塞上的力加上彈簧的預緊力,對于相同直徑的氣動裝置,該結構設計可以輸出更大的開啟力,或者說,對于相同規格的閥門,可以配置較小直徑的氣動裝置。但需要注意的是,對于該結構設計,當氣動裝置的上下氣缸中均沒有介質壓力時,在彈簧力的作用下,閥門可能會處在開啟位置。設置彈簧加載的氣動裝置結構圖

          對于常規的氣動閘閥,氣動裝置輸出額定關閉力較大、開啟力較小,而閘閥(特別是楔式閘閥)需要較小的關閉力、較大的開啟力,由于兩者不匹配協調,導致常規的氣動閘閥在使用中會出現各種問題,本文針對常規氣動閘閥存在的問題,設計開發了異徑氣動裝置、配置減壓閥的氣動裝置以及設置預緊彈簧的氣動裝置,成功解決了閘閥需要的啟閉力與氣動裝置輸出的啟閉力不匹配的問題。

          相關產品:Z641H氣動閘閥(帶手輪)

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