鋼質(zhì)節能型制冷截止閥的研究設計

　　本文針對制冷截止閥的節能發(fā)展方向，設計了一種鋼質(zhì)節能型制冷截止閥，優(yōu)化了其結構，工程應用表明低溫工況下可以滿(mǎn)足使用要求，且節能效果顯著(zhù)，具有很好的推廣價(jià)值。

1、研究背景

　　統計資料表明，我國總的能源利用率約為30%，這相當于發(fā)達國家60 年代的水平。根據國內專(zhuān)家的預測，按目前經(jīng)濟發(fā)展和能源生產(chǎn)的發(fā)展速度，我國未來(lái)的能源缺口在15%左右。因此節能對保證我國經(jīng)濟發(fā)展十分重要。我國的工業(yè)生產(chǎn)量現在居世界第一,但是我國的企業(yè)生產(chǎn)鏈相對比較落后和不完整，我國也在一直從“制造業(yè)大國”逐漸向“制造業(yè)強國”進(jìn)行轉變，節能減排、低碳環(huán)保也應在我國的制冷設備發(fā)展中得到體現。目前，我國已將制冷設備的發(fā)展納入了《節能減排發(fā)展規劃》當中。

　　制冷是耗能大的行業(yè)之一，制冷裝置的節能是我國節能工作中重要的一環(huán)，制冷裝置的節能包括制冷裝置的設計、操作調節、維護管理，以及技術(shù)改造各個(gè)環(huán)節。因此，作為制冷裝置不可缺少的一部分，制冷截止閥同樣也必須具有很好的節能性，市場(chǎng)上必然需要一種既能滿(mǎn)足

　　系統使用要求又能提高整個(gè)制冷裝置節能性的新型節能型制冷截止閥產(chǎn)品。通過(guò)開(kāi)發(fā)節能型制冷截止閥產(chǎn)品，必然會(huì )給制冷行業(yè)帶來(lái)一次技術(shù)革命，其意義十分重大。本文研究設計了鋼質(zhì)節能型截止閥，并探討了其應用情況。

2、結構設計

　　鋼質(zhì)節能型制冷截止閥的組成結構是關(guān)鍵之一，而確定截止閥結構，應先確定閥門(mén)整體形式。

2.1、閥體的結構形式選擇和毛坯獲得方式

　　作為閥門(mén)重要的組成部分，閥體的結構形式直接決定閥門(mén)的整個(gè)結構形式。目前，閥體的結構形式主要有兩種：一是直通式，即閥桿中心線(xiàn)與閥體中心線(xiàn)成90°;另外一種為直流式，即閥桿中心線(xiàn)與閥體中心線(xiàn)成45°。閥門(mén)的結構形式?jīng)Q定了整個(gè)閥門(mén)的節能性能，而衡量閥門(mén)節能效果的一個(gè)重要參數就是閥門(mén)的流量系數和流阻系數。為了確定閥門(mén)的結構形式，進(jìn)行了以下對比，DN50 閥門(mén)的典型流量系數對照表見(jiàn)表1。截止閥流阻系數ζ對照表見(jiàn)表2。

表1 DN50 閥門(mén)的典型流量系數對照表

表2 截止閥流阻系數ζ對照表

　　通過(guò)對比發(fā)現：直流式“Y”型閥門(mén)具有流量系數大，流阻系數小的特點(diǎn)，為了盡最大限度提升閥門(mén)節能效果，研究決定閥體整體結構采用直流式“Y”型結構。

　　閥體毛坯的形成主要有鑄造、鍛造、焊接三種方法。由于鑄造工藝限制，鑄造閥體廢品率比較高，而且外觀(guān)往往達不到技術(shù)要求，主要缺點(diǎn)是流道形狀多變，因此流通能力不強;鍛造閥體流道孔采用機械加工制成，所以在孔與孔的過(guò)渡區會(huì )產(chǎn)生銳角過(guò)渡面，造成流阻系數大，且易產(chǎn)生紊流，使得介質(zhì)對閥體侵蝕大;而焊接閥體具有重量輕，表面質(zhì)量好，清潔度高，流阻系數小等優(yōu)點(diǎn)，綜合確定閥體采用無(wú)縫鋼管、彎頭、鋼板焊接制成。圖1 是閥體三維立體效果圖。

圖1 閥體三維立體效果圖

2.2、閥門(mén)與制冷系統中管道連接形式

　　傳統閥門(mén)與系統管道都采用法蘭式連接，每只閥門(mén)出廠(chǎng)時(shí)都必須配帶兩片法蘭和若干緊固用螺栓，由于采用這種形式，所以閥體兩端必須設計兩片與外配法蘭相同大小與厚度的凹法蘭，使閥門(mén)重量大大增加，而且外配法蘭與凹法蘭采用墊片密封，當閥門(mén)安裝到系統后，又增加兩個(gè)可能的漏點(diǎn)。研究決定采用對焊式連接，即每只閥門(mén)在進(jìn)、出口彎頭兩端加工出標準坡口，然后直接將閥門(mén)與管道焊接。

2.3、上密封形式

　　上密封結構是提高閥門(mén)密封性能的一個(gè)重要措施，而國內現有閥門(mén)為了降低成本大部分都沒(méi)有上密封或采用金屬對金屬硬密封結構形式，這種結構往往由于閥門(mén)的開(kāi)啟關(guān)閉或加工質(zhì)量原因造成泄露。為提高上密封性能，采用了先進(jìn)的金屬對工程塑料的軟密封結構，大大提高密封性能，為閥門(mén)開(kāi)啟后新增加一道密封，大大提高了閥門(mén)的密封性能。

2.4、閥瓣與閥桿連接形式

　　閥瓣與閥桿連接后與閥體構成閥門(mén)的主要密封面，閥桿與閥瓣的連接必須保證在閥門(mén)關(guān)閉過(guò)程中隨著(zhù)閥桿的螺旋向下移動(dòng)閥瓣必須僅作直線(xiàn)向下移動(dòng)，只有這樣才能防止閥門(mén)在關(guān)閉的過(guò)程中閥瓣密封面的磨損，即閥瓣不會(huì )隨著(zhù)閥桿螺旋轉動(dòng)，避免了閥瓣密封面與閥體密封面的摩擦，另一方面連接又要承受住系統一定的反向壓力，因此采用了類(lèi)似軸承結構的滾珠連接結構，大大提高了閥門(mén)的使用性能。

3、材料的選擇

　　因為低溫閥不僅要求在低溫下保證正常工作，同時(shí)也要保證其常溫的工作性能，因此對于其所使用的材料不僅要滿(mǎn)足常溫機械性能，同時(shí)也要滿(mǎn)足低溫下所需的機械性能[2]。由于該產(chǎn)品用于制冷系統，所以選擇閥門(mén)用材料時(shí)應重點(diǎn)考慮材料的低溫性能，而且閥門(mén)連接形式為對焊式，所以還要考慮材料的焊接性能，為了不增加產(chǎn)品成本又滿(mǎn)足使用要求，閥體采用20#優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼;閥桿采用不銹鋼，以提高閥桿的耐腐蝕性能;閥蓋采用鑄鋼。

　　填料是保證閥門(mén)密封性能的重要組成部分，所以填料材料的選擇十分重要，國內閥門(mén)填料大部分有兩種，一是柔性石墨，另一種就是聚四氟乙烯，兩者各有長(cháng)短，為了取兩者的長(cháng)處，采用了特殊材料配方，即為復合聚四氟乙烯，這種材料既有柔性石墨的潤滑性又有聚四氟烯的高強度性能。鋼質(zhì)節能型截止閥的主要零件的材料見(jiàn)表3。

表3 鋼質(zhì)節能型截止閥的主要零件的材料

4、結語(yǔ)

　　在我國無(wú)論是制冷機的主機閥門(mén)，還是容器及冷藏間管道上的閥門(mén)大部分是一閥專(zhuān)用。截止閥就是一閥專(zhuān)用，采用上述技術(shù)方案設計出的鋼質(zhì)節能型截止閥已投放市場(chǎng)，工程實(shí)踐應用表明：產(chǎn)品性能優(yōu)越，安裝到制冷系統后，既保證了普通閥門(mén)具有的截止功能，又具有良好的密封性能，而且節能效果顯著(zhù)，具有操作簡(jiǎn)便、流量大、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。

　　總的來(lái)說(shuō)，制冷系統運行成本激增已經(jīng)成為制約我國制冷行業(yè)發(fā)展的一個(gè)突出因素，所以市場(chǎng)上必然需要一種既能滿(mǎn)足系統使用要求又能提高整個(gè)制冷裝置節能性的新型節能型制冷閥門(mén)產(chǎn)品，節能已經(jīng)成為未來(lái)閥門(mén)的發(fā)展趨勢，而新研發(fā)的鋼質(zhì)節能型截止閥提高了傳統閥門(mén)應有的密封性能而且節能性能大大提升，進(jìn)入市場(chǎng)后，該產(chǎn)品受到極大的歡迎，取得了良好的效果，產(chǎn)品供不應求，從市場(chǎng)反應來(lái)看，該產(chǎn)品推廣應用前景廣闊。