上海申弘閥門有限公司
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1 之前介紹自力式壓力調節閥在化工行業應用，現在介紹大口徑液控三偏心蝶閥結構設計概述
隨著我國經濟和電力行業的飛速發展，對高性能、大口徑液控蝶閥的需求越來越大。液控蝶閥主要應用于水電站水輪機進口，或水利、電力和給排水等各類泵站的水泵出口。工作時，液控蝶閥與管道主機連鎖控制，按照水力過程控制原理，通過電氣控制系統預設的啟閉控制程序，實現管路的截止，有效消除水錘對管路的沖擊，起到保護管路系統安全的作用。
2 大口徑液控三偏心蝶閥結構設計結構特性
液控蝶閥主要由三偏心金屬密封蝶閥、機械傳動裝置、液壓油缸、液壓泵站和電氣控制系統等組成（圖1）。分水電站用液控蝶閥和泵站用液控蝶閥,是一種集機-電-液控制于一體，性能*、控制完善、工作可靠的管路控制設備，是一種智能型的閥門，可應用于水電站，作水輪機進水控制閥，起導通和截止作用；或應用于泵站，作水泵出口控制閥，起導通、截止和止回作用。
該閥用于水輪機進口時，能與機組實現聯動，作連通和截斷水流用，開啟為油壓驅動，開閥力矩大，開啟平穩，速度可調，全開后自動鎖定在全開位置，蝶板不抖動，流阻小，不會因水流擾動或控制系統故障突然自動關閉導致機組事故停機。按預先調定的程序關閥，關閥分兩個階段，先快關大部分行程，快速截斷大部分水流，防止水輪機甩負載后飛逸；后慢關剩余行程，減免水錘危害，有效地保護水輪機組的正常工作，快關、慢關的行程及速度均可方便調節，調節的范圍能滿足水電站工況的需要，是目前*的水輪機進口控制設備。
該閥用于水泵出口時，與水泵實現泵閥聯動，可方便實現先啟泵后開閥或先開閥后啟泵。在停泵或水泵事故跳閘時能可靠關閉，防止水體倒流，起到一閥代替兩閥（閘閥和止回閥）的功能。在控制上，依用戶工況需要，可實現停電（跳閘）自動關閥或停電(跳閘)手動關閥的功能。分快關和慢關兩階段關閉，快關行程、快關時間、慢關行程、慢關時間均可調節，可*水泵工況運行需要。有效防止停泵后大量水體倒流、水泵反轉超速，并減免水錘危害,是泵站*閥門。
韶閥牌 系列液控止回蝶閥采用液壓驅動，油壓高,接力器體積小,結構緊湊。按工況需要，可提供全開后的機械鎖定裝置。開閥時，蝶板打開，系統同時舉起一個重錘，關閥時利用舉起的重錘蓄能關閉，無需大型蓄能罐。因此關閥無需動力油源，關閥動力直觀可見，液壓系統簡單、可靠。
蝶板采用合理的雙偏心設計，使關閥時能夠利用動水的作用力（加上重錘的重力勢能）幫助閥門關閉，既減少了重錘體積，又提高了關閥可靠性。閥門配備了手搖泵和手動關閥裝置，必要時可手動開、關閥。隨閥配備的電氣控制箱用于就地控制操作。液控蝶閥可實現就地、遠程和聯動控制。
2.1 大口徑液控三偏心蝶閥結構設計三偏心金屬密封蝶閥
三偏心金屬密封蝶閥主要由閥體、蝶板、密封圈和閥桿等組成（圖2）。閥桿旋轉中心與閥體軸向中心（管）之間有一個偏離X，閥桿旋轉中心與閥座密封面之間的偏離Y，密封錐面中心線與管道軸線間夾角θ。偏心X和Y的結合產生了一種凸輪效應。當閥門開啟時，蝶板可以快速脫離閥座，有效的減小了蝶板與閥座的磨損，降低了閥門的開關力矩。三偏心金屬密封蝶閥具有啟閉靈活，力矩小，操作簡單，使用壽命長等特點。
2.2 機械傳動裝置
機械傳動部分主要由箱體、箱蓋、開關指示、齒輪、齒條、齒條座和調整座等組成，齒輪齒條傳動將液壓缸的直線推力運動轉換成閥門的圓周運動，驅動閥門進行啟閉動作。
2.3 液壓油缸部分
液壓油缸部分主要由缸體、活塞、活塞桿、缸頭和缸蓋等組成。液壓缸將液壓能轉換成機械能，使機械實現直線往復運動。
2.4 液壓泵站部分
液壓泵站主要由油箱、液壓集成塊、電機、高壓油泵、蓄能器和管路等組成。根據液控蝶閥的動作要求，液控泵站主要由兩條控制油路和一條輔助油路控制閥門的啟閉、緩閉和游動等動作。
2.5 電氣控制部分
電氣控制部分主要由控制箱柜、低壓電器、可編程控制器（PLC）和轉換電源等組成。控制系統以PLC為核心，可提供對單個蝶閥的現場手動和遠距離手動，可接受來自DCS的控制信號，與循環水泵配合聯動。提供蝶閥卡澀報警，蓄能器壓力低和異常報警，過扭矩報警，油源濾油器堵塞報警，油箱液位超高或超低報警等功能。執行開閥操作時，如在規定時間內蝶閥未能正常開啟，可實現聯動停循環水泵。
3 大口徑液控三偏心蝶閥結構設計設計
3.1 蝶閥
（1）殼體小壁厚
鋼及合金鋼圓形閥體（圖3）的小壁厚tB為
式中 p———計算壓力，MPa
Dn———計算內徑，mm
［σL］———許用拉應力，MPa
C———腐蝕余量，mm
（2）蝶板
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥三偏心蝶閥的蝶板（圖4）受力比較復雜，采用估算法算出蝶板的厚度，然后用Solidworks或有限元分析軟件進行校核，確定蝶板的合適尺寸。液控緩閉蝶閥是目前國內外較*管路控制設備，生要安裝于水電站水輪機進口.用作水輪機迸口閥;或安裝于水利、電力、給排水等各類泵站的水泵出口，替代止回閥和閘閥的功能。工作時，閥門與管道主機配合，按照水力過渡過程原理，通過預設的啟閉程序，有效消除管路水錘,實現管路的可靠截止，起到保護管路系統安全的作用。
本公司生產的液士空緩閉蝶閥流阻系數小、智能化程度高、功能齊全、性能穩定可靠，是我公司設計人員在廣泛搜集、研究、總結國內外同類產品性能的基礎上，引入閥門、液壓、電氣等行業的多項研究成果，厚積而薄發，開發出來的新一代智能化節能產品。公司技術力量雄厚，并可根據用戶的特殊要求單獨進行設計，多方位滿足廣大用戶對該類產品的需要。
該產品主要有如下特點:
1、可取代水泵出日處原電動閘閥和止回閥的功能且機、電、液系統集成為一個整體，減少占地面積及基建投資。
2、電液控制功能齊全，無需另外配置即可以作為一個獨立的系統單機就地調試、控制;也可以作為集散性控制系統(DCS)的一個設備單元，通過I/O通道由中央計算機進行尖中管理，與水泵、水輪機、旁通閥及其他管道設備實現聯動操作;并配有手動功能，無動力電源時也可以實現手動開、關閥，滿足特殊工況條件下的閥門調試、控制要求。
3、可控性好，調節范圍人、適應性強。電液控制系統設有多處調節點，可以按不同的管道控制要求進行啟閉程序設置，保證在滿足開、關閥條件時，閥門能夠白動按預先設定的時問、角度開啟和分快、慢速度關閉。并能實現無電關閥，有效消除破J不性水錘，防止水泵和水輪機組飛逸事故的發生，降低管網系統的壓力波動，保障沒備的安全可靠運行。
4、主閥密封為三偏心金屬密封或雙偏心橡膠密封結構，啟閉輕松、密封可靠;并有一道額外加大的偏心，使閥門具有良好的自關閉、自密封性能。中、小l一]徑蝶板設計成流線型平板結構，大V-1徑蝶板設計面雙平板析架式結構，水流平順，閥門流阻系數小，節能效果明顯。
（3）大口徑液控三偏心蝶閥結構設計閥桿力矩
閥桿力矩M為
式中 MM———密封面間摩擦力矩，N·mm
MC———閥桿軸承摩擦力矩，N·mm
MT———密封填料摩擦力矩，N·mm
MJ———靜水力矩，N·mm
MD———動水力矩，N·mm
qM———密封面必需比壓，MPa
R———蝶板密封半徑，mm
bM———密封面接觸寬度，mm
fM———密封面摩擦因數
h———閥桿與蝶板中心的偏心距，mm
FC———作用在閥桿軸承上的載荷，N
fC———軸承摩擦系數
bM———密封面接觸寬度，mm
dF———閥桿直徑，mm
D———蝶板直徑，mm
ρ———介質密度，N/mm3
g———重力加速度，mm/s2
mΦ———動水力系數
H———大靜壓水頭，mm
qv———體積流量，m3/h
A———管子截面積，m2
t———關閥時間，s
εΦ———蝶板開度為Φ°時的流阻系數
ε0———蝶板開度為0°時的流阻系數
V———介質流速，mm/s
（4）閥桿強度
一般情況下，蝶閥的閥桿通常選用沒有臺階的整體棒料加工（圖5），其扭轉應力τN為
式中 W———抗扭斷面系數，mm3
［τN］———材料的許用扭轉應力，MPa
（5）支架法蘭螺栓
螺栓的組合設計有多種形式，應根據蝶閥支架的結構形式（圖6）進行受力分析。
單個螺栓載荷力Fo和螺栓小徑d為
式中 Kn———安全系數
Z———螺栓數量
r———螺栓孔距中心半徑，mm
μ———結合面摩擦系數
［σ］———材料的許用應力，MPa與本文相關的論文：自力式煤氣調壓閥組
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