電站用氣動(dòng)式截止閥的選型與設計

1、概述

　　用于火電廠(chǎng)高加疏水、再熱器疏水和過(guò)熱器疏水等系統疏放水的關(guān)閉與排放閥門(mén)密封要求高, 須快開(kāi)快閉, 并具有故障保護功能、自動(dòng)控制功能和較高的可靠性。因此氣動(dòng)控制截止閥(電廠(chǎng)俗稱(chēng)疏水閥, 疏水門(mén)) 成為這類(lèi)系統的首選產(chǎn)品。氣動(dòng)控制截止閥密封比壓持久穩定, 調試簡(jiǎn)單, 維護要求低, 故障低, 可靠性高, 失氣失電自動(dòng)保護,快速啟閉, 價(jià)格相對低廉, 節能環(huán)保, 因而適用于火電廠(chǎng)疏放水工況。

2、閥門(mén)及氣動(dòng)執行機構的選型

　　氣動(dòng)控制截止閥一般為全開(kāi)全閉式。從流量特性考慮, 截止閥和球閥具有啟閉行程短, 速度快,密封可靠, 啟閉靜態(tài)力矩小等特點(diǎn), 因而兩類(lèi)產(chǎn)品都得到應用。但從可靠性考慮, 主流產(chǎn)品仍然是氣動(dòng)截止閥。

　　氣動(dòng)控制裝置的氣缸為定型產(chǎn)品, 依作用方式可分單作用和雙作用兩種。單作用產(chǎn)品帶復位圓柱彈簧, 具有失氣自動(dòng)復位功能, 即失氣時(shí)氣缸活塞(或膜片) 在彈簧作用下, 驅動(dòng)氣缸推桿回復到氣缸初始位置(行程的原始位置) 。雙作用氣缸無(wú)復位彈簧, 推桿進(jìn)退須依靠變換氣缸氣源的進(jìn)出口位置。氣源從活塞上腔進(jìn)時(shí), 推桿向下運動(dòng)。氣源從活塞下腔進(jìn)時(shí), 推桿向上運動(dòng)。由于不帶復位彈簧, 雙作用氣缸對比同徑單作用氣缸具有更大的推力, 但不具備自動(dòng)復位功能。顯然不同的進(jìn)氣位置使推桿有不同的方向運動(dòng)。當進(jìn)氣位置在推桿的背腔時(shí), 進(jìn)氣使推桿前進(jìn), 這種方式稱(chēng)為正作用氣缸。反之進(jìn)氣位置在推桿同側時(shí), 進(jìn)氣使推桿后退, 這種方式稱(chēng)反作用氣缸。氣動(dòng)截止閥因為一般需要失氣保護功能, 通常選用單作用氣缸(圖1) 。

(a) 正作用式　(b) 反作用式

圖1　單作用氣缸

　　從分析可知, 當閥門(mén)保護方式為失氣打開(kāi)時(shí),必須選擇單作用的正作用氣缸。當閥門(mén)的保護方式為失氣關(guān)閉時(shí), 必須選擇單作用的反作用氣缸。單作用的正作用氣缸在閥門(mén)關(guān)閉時(shí)必須維持持久的穩定氣源壓力, 對氣源的穩定性和持久性要求較高常閉閥盡可能地避免選擇這種設計, 此結構適用于常開(kāi)閥。單作用的反作用氣缸適用于常閉閥, 但對于彈簧的要求較高, 應具有穩定持久的彈力。

3、氣缸推力計算

　　除了作用方式的選擇, 計算所選氣缸推力是計的重要工作, 以常見(jiàn)的常閉式氣動(dòng)截止閥(圖2) 為例分析。因壓力較高, 為盡可能選擇較小的氣缸, 采用了上進(jìn)流(倒流) 的閥門(mén)設計方式。為提高密封比壓, 采用了錐形密封面。

圖2　氣動(dòng)截止閥

3.1、氣缸關(guān)閉力的計算

　　關(guān)閉狀態(tài)受力分析如圖3a, 圖中各力為

　　式中Qt ———填料摩擦力, N
　　　　Qj ———介質(zhì)靜壓力, N
　　　　Qf ———閥桿截面的介質(zhì)推力, N
　　　　Qm ———閥門(mén)達到必須密封比壓時(shí)的密封面作用力, N
　　　　Qg ———氣缸關(guān)閉時(shí)輸出力, N
　　　　Qk ———氣缸打開(kāi)時(shí)輸出力, N
　　　　qMF ———密封面必須比壓, MPa
　　　　dm ———密封面平均直徑, mm
　　　　df ———閥桿直徑, mm
　　　　f———填料摩擦系數
　　　　bt ———填料寬度, mm
　　　　P———閥門(mén)設計壓力, MPa
　　　　fm ———密封面摩擦系數