全封閉電動(dòng)閘閥的結構分析

1、概述

　　應用于船舶和艦艇等回路系統中的閥門(mén)，由于受安裝空間及其使用條件的限制，要求閥門(mén)必須具有結構緊湊、體積小、質(zhì)量輕、耐傾斜搖擺、抗沖擊、工作性能可靠、使用壽命長(cháng)和便于維修等特點(diǎn)。全封閉電動(dòng)閘閥是我國自主研發(fā)設計的一種零外泄漏、免維護和結構緊湊的電動(dòng)閘閥。適用于船舶和艦艇等高溫高壓及有害介質(zhì)的回路中，作啟閉用裝置。

2、性能參數

　　公稱(chēng)壓力 2810MPa；公稱(chēng)通徑 20～65mm；最高工作溫度 300℃；最高工作壓力 17.2MPa；連接形式 焊接；清潔度 A類(lèi)；承壓件設計使用壽命 30a；無(wú)故障開(kāi)關(guān)次數 > 2000次。

3、結構分析

3.1、密封結構

　　(1)中法蘭密封結構

圖1 中法蘭墊片密封

　　普通電動(dòng)閘閥的中法蘭通常采用墊片密封結構(圖1)。優(yōu)點(diǎn)是密封可靠，易于加工，需用的螺栓力矩小。缺點(diǎn)是易損壞，需定期更換。

圖2 中法蘭無(wú)墊片硬密封

　　全封閉電動(dòng)閘閥采用無(wú)墊片硬密封結構(圖2)。此種密封結構性能可靠，不受溫度波動(dòng)的影響，保證高溫高壓介質(zhì)工況下的密封性能，避免了因墊片疲勞或超過(guò)壽命期限等引起的介質(zhì)泄漏，減少污染。缺點(diǎn)是需用的螺栓力矩大，不易加工。

　　(2)閥桿密封結構

圖3 閥桿采用填料密封

　　普通電動(dòng)閘閥閥桿采用填料密封結構(圖3)或波紋管與填料雙層密封結構。對于填料密封結構，由于電動(dòng)閘閥的動(dòng)作原理使閥桿與填料之間有相對運動(dòng)以及閥內介質(zhì)壓力或溫度變化對填料的影響，隨著(zhù)閥門(mén)啟閉次數的增加，便會(huì )從填料處產(chǎn)生泄漏。對于波紋管密封結構，由于閘閥啟閉行程長(cháng)，波紋管如滿(mǎn)足行程要求，則需將閥蓋加長(cháng)，整機高度增加，重心上移，不利于閥門(mén)在艦船上回路系統中使用。

圖4 閥桿采用無(wú)填料全封閉密封

　　全封閉電動(dòng)閘閥閥桿采用無(wú)填料密封結構(圖4)。整個(gè)閥門(mén)包括屏蔽電傳動(dòng)裝置內均有介質(zhì)，其外密封為螺栓連接靜密封動(dòng)結構。與閥桿采用填料動(dòng)密封相比，此結構免填料更換，免維護，不受溫度波動(dòng)及壓力變化的影響。

3.2、傳動(dòng)結構

圖5 梯形螺紋副

　　普通電動(dòng)閘閥(圖5)通常采用梯形螺紋傳遞力及力矩，使閥門(mén)達到啟閉的目的。這種結構簡(jiǎn)單，易于制造，成本低，承載能力大，并具有自鎖能力，介質(zhì)壓力及波動(dòng)不能任意改變閥門(mén)預先設定的啟閉位置。缺點(diǎn)是傳動(dòng)摩擦力大，傳動(dòng)效率較低。

圖6 滾珠絲杠副

　　全封閉電動(dòng)閘閥(圖6)采用內循環(huán)滾珠絲杠副結構。在高溫高壓介質(zhì)潤滑條件下，可防止介質(zhì)中的腐蝕性異物進(jìn)入絲杠副中使閥門(mén)運行時(shí)出現聲音異�，F象。滾珠絲杠副由絲杠、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉運動(dòng)轉化成直線(xiàn)運動(dòng)，由于滾珠絲杠副的絲杠與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運動(dòng)，減少了摩擦力矩，使傳動(dòng)力矩亦隨之減小，可選用功率較小的驅動(dòng)機構，所以能得到較高的運動(dòng)效率。通常滾珠絲杠副傳動(dòng)效率是梯形螺紋的3倍。缺點(diǎn)是加工制造復雜，成本高，自鎖能力差。

3.3、屏蔽式電傳動(dòng)裝置

　　對于船舶和艦艇用閥門(mén)，由于其工作環(huán)境和工作條件的要求，使閥門(mén)電裝的重心盡可能靠近中軸，減少由于電裝重心偏移在傾斜搖擺沖擊條件下對閥門(mén)的損壞。

圖7 屏蔽式電傳動(dòng)裝置

　　全封閉電動(dòng)閘閥采用屏蔽式電傳動(dòng)裝置(圖7)。該電裝主要由屏蔽式電動(dòng)機和減速機構兩個(gè)部分組成，屏蔽式電動(dòng)機通過(guò)轉子軸向減速機構提供扭矩，減速機構再將扭矩傳遞給閥門(mén)，以控制閥門(mén)的啟閉，從而達到操作閥門(mén)開(kāi)關(guān)的目的。因所有密封處均為靜密封，從而實(shí)現了整機無(wú)泄漏。屏蔽式電傳動(dòng)裝置機座采用整體式結構，屏蔽式電動(dòng)機和減速機裝置通過(guò)結構分析設計和力學(xué)計算，同置于一個(gè)整體機座體內，使整機尺寸減小，可靠性、可維護性更高。

　　在滿(mǎn)足輸出力矩要求的同時(shí)，選取合適的模數參數及傳動(dòng)比。使電裝盡可能體積小、質(zhì)量輕。經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計，解決了閥門(mén)在開(kāi)啟、關(guān)閉過(guò)程中的慣性能量問(wèn)題，實(shí)現了通過(guò)電傳動(dòng)裝置通電指令信號來(lái)準確控制閘閥開(kāi)關(guān)位置的技術(shù)難題�？蓽p小電傳動(dòng)裝置能量損耗，使效率提高。

4、閥門(mén)自重及力矩

　　全封閉電動(dòng)閘閥整機殼體內均有介質(zhì)，且為無(wú)填料結構。與普通電動(dòng)閘閥相比，全封閉電動(dòng)閘閥不受介質(zhì)作用于滾珠絲杠副(閥桿)上的力以及閥桿與填料之間的摩擦力，而滾珠絲杠副與絲杠螺母之間的摩擦力矩遠小于梯形螺紋摩擦力矩。通過(guò)分析計算和比較，相同設計參數、閘板結構形式均為楔式的全封閉電動(dòng)閘閥與普通電動(dòng)閘閥其整機質(zhì)量和所需力矩值見(jiàn)表1。數據證明，相同設計參數下全封閉電動(dòng)閘閥整機質(zhì)量輕，所需力矩遠小于普通電動(dòng)閘閥的力矩，其屏蔽電傳動(dòng)裝置重心偏移小，耐沖擊性強，操作靈活，安全可靠。

表1 整機質(zhì)量和力矩

5、結語(yǔ)

　　全封閉電動(dòng)閘閥具有整機結構合理，體積小，免維護、可靠性和安全性高等優(yōu)點(diǎn)。但該閥門(mén)技術(shù)含量高，加工制造難度大，成本高，更適于條件苛刻、安裝空間有限和有害性介質(zhì)及特殊工況下使用。