【《某给水泵再循环阀的设计案例》4000字】

某给水泵再循环阀的设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u15249某给水泵再循环阀的设计案例 1262231.1给水泵功能介绍 121981.2再循环阀工作条件 27821.3再循环阀设计 4218341.3.1再循环阀流量计算与初步设计 4177931.3.2再循环阀阀体设计 4106191.3.3再循环阀阀瓣设计 7159831.3.4再循环阀阀盖设计 9163431.3.5再循环阀螺栓设计 11128051.3.6再循环阀套筒设计 121.1给水泵功能介绍给水泵一般都是离心泵，而离心泵作为一种通用机械，已广泛应用于国民经济的各个部门。在人们的日常生活中，如城市生活用水的供应和输送；冬季供暖系统热水循环；卫生设备的热水供应；小型工业锅炉给水；即使蒸发数百公斤的小型锅炉的给水也无法与离心泵分离。在农业生产中，从大井抽水，农田灌溉和排水。离心泵主要用作从河流和湖泊取水的抽水站的动力设备。如下图图1所示，为多级降压给水泵的模型示意图。图4.多级给水泵模型在石化行业，各种类型的离心泵广泛用于输送酸、碱和盐溶液、原油、液体石油产品和其他液体化工原料。在中型化工厂中，有几十台离心泵在工作，在长距离输油管道中有十几台甚至几十台离心泵在夜以继日地连续运行。冶金系统钢铁厂采用离心泵作为冷却水泵，矿山隧道采用多级离心泵排除积水。此外，在水利和煤矿系统的供水、造纸厂的纸浆输送、城市污水站的污水输送以及机械制造商的供水中，离心泵也是不可或缺的。在电力生产中，火力发电厂使用大量离心泵作为动力设备。 1.2再循环阀工作条件本文以中核苏阀科技实业有限公司生产的最小流量再循环阀为支撑对象。该阀门主要用于火力发电厂或核电站的给水泵管道，其工作条件见表1。表1.最小流量阀工作条件工作条件表工艺介质FluidName水流体状态FluidState液态工作温度℃104质量流量t/h15阀前压力MPa5.5压差MPa1.5表1.调节阀数据表调节阀数据表阀门型式直通式型号KA-50E10FC阀体口径（mm）50阀座通径（mm）32公称压力（MPa）10连接方式DN50PN10MF阀体材质WCB阀芯材质1Cr13阀座材质1Cr13泄漏等级IV流量特性等百分比阀盖形式标准填料PTFE额定行程40制造厂而下图则为工作管路流程图[5]。从图中可以明显发现阀门被安装在了给水泵出口支管的上面，连接到除氧器。给水泵把水从除氧器里面吸出来送到锅炉。而且为了防止给水泵发生过热或者气蚀的现象，要求给水泵的流量在任何情况下都一定不能小于同一个规定的安全流量，俗称最小流量。如果所需的锅炉给水流量很小，则需要快速打开最小流量阀，将部分高温高压水从泵出口返回脱氯装置，以确保给水泵的安全运行。因此，最小流量阀长期处于高温高压的工作环境中，对阀门本身造成很大的损坏，最小流量阀的设计必须相当严格，必须保证其安全运行。此外，由于阀门的几何尺寸较小且流速较高，因此也是管道系统中受影响最大的故障区域。图5.最小流量阀工作管路图1.3再循环阀设计1.3.1再循环阀流量计算与初步设计（1）流量计算再循环阀设计中的第一个参数是阀门CV（全称：阀门系数），它是指当阀门完全打开且在室温下进出口压差为1psi时，每分钟通过阀门的流量。（1psi=6.895kPa。）参照标准ISAS75.01，得到了设计的再循环阀的流量计算基本过程，《阀选型的流量公式》[6]。（2）材料、基本内径的选择据工况要求（设计阀前压力5.5MPa，压差1.5MPa，工作温度104℃），选用阀门的主要材料为铸铁WCB，考虑到其制造的工艺上的难度，使用浇铸类型较为稳妥且经济，在很大程度上铸铁也有较好的力学性能用于阀的制造和使用，同时在使用寿命上也有不错的表现。应条件中最大流量15t/h的要求，把阀门内腔的基本内径选定为50mm。 1.3.2再循环阀阀体设计阀体材料的机械性能应计算为铸铁材料的脆性材料。钢材应按塑料计算。脆性金层材料危险状态的评估以裂纹（断裂）的出现为特征。在计算min-body的强度时，应以强度极限h为强度标准，并根据最大拉应力理论的第一强度理论进行计算。阀体材料的机械性能应按铸铁材料的脆性材料计算，钢材应按脆性材料计算。对脆性金属材料危险状态的判断以裂纹（断裂）的出现为特征。在计算Min-body的强度时，应以强度极限h为强度标准，并根据第一强度理论-最大拉应力理论进行计算。图6.阀体结构简图塑料金属材料危险状态评估的特点是残余变形过大。在计算阀体整体强度时，要以屈服承受极限s为强度一般标准，并参照能量强度理论的第四强度理论进行计算。本课题的阀体类型采用腰鼓形阀体。对于这种类型的腰鼓阀体，通常采用低压和中压阀门。在薄壁公式中，有时只计算具有厚壁公式的钢制高压阀。薄壁阀体事实上由铸铁等脆性材料制成的阀体，结合第一强度理论计算壁厚：SB=pD式中：DN—阀体中腔最大内径，mm，主要依据结构需要选定，取50mm；P—设计压力，取公称压力PN，MPa，根据任务书给定条件取阀前压力5.5MPa；SB—阀体的壁厚（添加腐蚀裕量后），mm；σL—材料的许用拉应力，MPa查《阀门设计手册》得WCB的许用应力σC—附加裕量，mm。表3.附加裕量C值（mm）SB-CCSB-CC<5521~3026~104>30111~203————————对于塑料阀体，其壁厚根据第四强度理论计算：SB=pD得出SB-C=pDN2此处SB为最小壁厚即tm，再进一步得出颈部距L，L值的计算公式为：L=1.1dtm=1.1×式中：L—从阀体颈部到阀体支管的尺寸，mm；d—阀体中腔内径，mm；tm—阀体中腔内径；d—壁厚，mm。最终，再循环阀的阀体结构如下图所示。图4.阀体结构与此同时，使用软件SOLIDWORKS进行三维建模图5.阀体结构三维图1.3.3再循环阀阀瓣设计阀瓣是套筒式再循环阀阀表现其性能十分关键的零部件之一。江南阀门有限公司顾成果先生[7]套筒阀盘由套筒导向，可减小执行机构的不平衡力和输出力。套筒阀具有很强的互换性和通用性。广泛应用于明确要求动力可控性好、噪声影响低、汽蚀和汽蚀小、高低温冲击形成高压差的工况。传统套筒阀瓣的表面结构直接借助套筒导向，导向空挡小，加工精度高。尤其是在高温下，阀盘容易堵塞和泄漏。本文创新性地将阀瓣应用于套筒上，以提高其节流能力，该结构还具有稳定性好、噪音低、气穴和气穴小、单座阀泄漏小的特点。关键是彻底缓解阀瓣堵塞，在高温条件下具有良好的性能。根据阀门设计手册中平板式阀瓣的设计厚度计算公式：Sb=D式中：Sb—阀瓣厚度，mm；Pn—设计压力，MPa；Dmp—密封表面平均直径，mm；σW—材料的许用应力，C—附加裕量，mm。表4.1Cr13的高温力学性能热处理制度[σW]（MPa）φ5（%）硬度HB1000-1050℃淬火（油水冷）700-790℃回火（油，水空冷）≥588≥20≥187其中密封表面平均直径Dmp=36mm（设计给定），Pn=10MPa。得出Sb-C=D将设计数据代入（1.4）式中得Sb=6.894≈7mm。最终，再循环阀的阀瓣结构及其尺寸如下图所示。图6.再循环阀阀瓣与此同时，使用软件SOLIDWORKS进行三维建模图7.再循环阀阀瓣三维模型1.3.4再循环阀阀盖设计阀盖作为与阀体一样的承压件，对于给水泵的使用安全性也是一样非常的重要。平板形阀盖一般用于压力不高的止回阀上，可分圆形和非圆形两类。然后根据圆形平面阀盖设计了本课题中的阀盖设计。图8.阀盖结构示意图由于还要考虑阀盖螺栓的情况，阀盖上的安装螺栓数量通常为8或10或12。考虑到阀体的尺寸，选择8-Φ29均匀分布的螺栓（螺栓材料为1Cr13，M24-M27螺栓常温许用应力为147MPa，按准GB150《压力容器》[8]）。阀盖厚度的设计采用下面的两种不同公式，取较大值。δp=Dc式中：W—设计载荷，N；δp—阀盖的厚度，mm；p—设计压力，MPa；Dc—阀盖的直径，mm，取200mm；SG—螺栓中心线至密封压力中心线的径向距离，mm；[σ]—材料的许用应力，MPa。计算得，δp1≈46mm。圆形平板阀盖的大致外形如上图所示：δp=Dc计算结果为：δp2≈46mm。通过对比以上两个公式的数值结果，得到最终的对比结果是：δp1<δp2，那么根据壁厚选取条件，取δp2的值，经验表明，适当增加安全系数并圆整后，阀盖厚度取70mm。与此同时，使用软件SOLIDWORKS进行三维建模图9.阀盖结构三维图1.3.5再循环阀螺栓设计螺栓与阀盖一样，同为承压件。因此需要综合考虑其及阀盖在工况下的安全使用。关于阀盖与阀体的连接形式一共有五种，分别是螺纹连接、法兰连接、夹箍连接、焊接连接以及自紧式密封结构的连接，这五种连接分别对应着不同的工况下阀门的连接形式，本课题由于口径较小且阀门压力偏低，故选择结构简单且紧凑的传统形式螺纹连接。在设计阀盖时，8-φ18均匀分布的螺孔可与1Cr13的M27螺钉相匹配。根据公式计算螺栓的尺寸和数量，结果满足工作条件下的强度要求。PcAgA式中：Ab—螺栓抗拉应力总有效面积；Ag—由垫圈或O型环的有效外边缘或其他垫圈的有效边缘定义的区域，环连接的情况除外，其由环的斜率直径确定；K1—65.26，MPa；Pc—压力额定值磅级数；Sa—38℃时的螺栓许用应力。本文中的螺栓按照《阀门使用设计手册》中直接选取，本文只研究设计其位置分布，均匀合理即可。图10.螺栓在阀盖上的分布图1.3.6再循环阀套筒设计节流套筒作为套筒式再循环阀最重要的节流元件，其性能的好坏直接影响到整个阀门管路系统的稳定性。在圆筒的圆孔下面开四个扇形的小开口，以增强其流动能力。基于循环阀的流量方程、流量特性方程和开度几何设计方程，参与设计研究了多孔节流套的开度参数化设计。流量方程[9,10,11]如式（1.8）所示：Q=5.04式中：A1为再循环阀入口面积，cm2；Δp为再循环阀入口至套筒最小节流处压差，MPa;ρ为流体密度，g/cm3；εi为再循环阀i开度时的流阻系数；g为重力加速度，cm/s2；Q为流体流量，cm3/s。定义再循环阀i开度（取100%开度）时的流量系数Kvi（设计给定）如式（1.9）所示：Kvi=5.04A1其中：εi式中：d1为再循环阀入口直径，cm;

di和Ai分别为再循环阀最小节流处的当量直径和流通面积，单位分别为cm和cm2。在再循环阀行业，流量系数通常由Cvi表示