偏心蝶阀分析计算及在冶金系统的应用

1、偏心蝶阀分析计算及在冶金系统的应用 一、前言 我国原有的高炉系统阀门由于受高炉规模的影响，系统中管道的公称通径大都比较小，高炉系统中应用的阀门大多数采用竖型闸阀产品。该产品的体积大，质量大，安装和密封效果等都不是很理想。目前，随着炼铁高炉的大型化的逐渐深入，以及节能环保事业的发展，高炉系统的管道通径在逐渐加大。为此，竖型闸阀产品在一些大型高炉的部分工况中将不再适合生产的需要;随之取代的是体积小，质量轻，扭矩小，安装方便快捷，操作简单且密封可靠的蝶阀产品。 二、偏心蝶阀的使用 偏心蝶阀在炼铁高炉中得到了广泛应用，适用于冶金、矿山、水泥、医药、化工、发电及城市供热等行业的高温气体(烟气、空气、煤气

2、等)管路系统，作为启闭设备使用。驱动方式有液压驱动及电动驱动两种。在炼铁高炉中主要安装在余热利用系统、干法除尘系统和煤气管网，在公称通径较大、工作压力和启闭压差较低、温度较高(200350)的工况条件下应用。 由于在冶金系统管路中大部分为高温(200)气体介质，针对此而开发和研制了密封副为全金属的硬密封蝶阀，如图1所示，即金属硬密封偏心蝶阀。此种蝶阀采用面与面接触，由于密封副的材料选取为金属，因此偏心蝶阀的使用温度可以在400以上。但是，由于密封副为全金属材料，所以蝶阀的密封泄漏率很难到达标准的A级(蝶阀性能理想状态)，一般在C级左右。另外，由于金属密封副材料的选取不过关，在高温情况下，金属的

3、弹性很容易失去。所以，在使用一段时间后，阀门的泄漏率明显加大，不能保证阀门的密封性能，从而大大降低了阀门的使用寿命。 图1 金属硬密封偏心蝶阀 复合材料的硬密封偏心蝶阀解决了此种难题，如图2所示。此种偏心蝶阀的密封副为多层次复合材料，是由金属材料和非金属材料复合而成，具有耐高温(500)、耐老化、高温下具有良好的弹性等优点。尤其是中间的非金属夹层能够使密封副的密封产生梯级密封形式，经过长期使用，仍能保持良好、可靠的高温使用效果，从而增强了阀门的密封性能，延长了阀门的使用寿命，在冶金高炉的各个系统得到了广泛的应用。 由于多层次复合材料硬密封偏心蝶阀的应用条件，大部分为高温状态下的常开或常关的阀门

4、状态。在阀门常开的状态下，介质对阀板的高压侧长时间冲刷，若多层次复合密封副安装在阀板上，则密封副受损严重，在阀门关闭状态时极易造成阀门在此处的局部泄漏，从而影响阀门使用性能。因此，应将多层次复合密封副安装在阀体上，这样多层次复合密封副受介质冲刷均匀，同时在阀板与多层次复合密封副结合处堆焊硬质合金，防止了上述问题的发生。此种构造的蝶阀，被广泛应用到冶金高炉的各高温系统。 图2 复合材料硬密封偏心蝶阀 三、偏心蝶阀分析计算 1.偏心蝶阀的力矩计算 偏心金属硬密封蝶阀的启闭力矩包括二次偏心力矩、阀门开启瞬间阀板、密封副间的摩擦力矩、阀轴与轴套的摩擦力矩、阀轴与填料的摩擦力矩(见下表)。 偏心蝶阀的力

5、矩计算表 注：阀轴与填料的摩擦力矩为阀轴单侧的摩擦力矩，如果阀轴两侧均有填料，MT需乘以2。 2.阀体、阀板的刚度有限元分析 因蝶阀在高炉系统中的密封性能非常重要，所以在蝶阀的主体零部件设计过程中，刚度是非常重要的，它是阀门正常使用、寿命长短的重要考核指标。因此，在设计的过程中，要对阀体、阀板开展有限元分析。通过模拟现场工作压力和工作温度获得的应力和应变值，对设计开展指导，如图3、图4所示。 (a)应变 (b)应力 图3 阀板应力应变分布 (a)应变 (b)应力 图4 阀体应力应变分布 四、结语 偏心金属硬密封蝶阀的构造紧凑，零部件少，体积小，重量轻，耐高温，启闭灵活，在长期的工作状态下可实现零泄漏，有效地提高了阀门的使用寿命，