上海申弘閥門有限公司
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化工真空閥門選型 |
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化工真空閥門選型 上海申弘閥門有限公司 之前介紹蒸汽截止閥熱損失，現(xiàn)在介紹真空閥門的設(shè)計(jì)化工真空閥門選型真空閥門是真空系統(tǒng)的重要元件。對(duì)于構(gòu)成管路一部分的閥門，其流導(dǎo)大小是一個(gè)重要的性能參數(shù)。對(duì)于主要用來(lái)起開(kāi)關(guān)氣路作用的閥門，閥板關(guān)閉的密封性能也是重要的性能參數(shù)之一。密封性能是用其漏氣率來(lái)衡量的。對(duì)于主要用來(lái)調(diào)節(jié)氣流大小的閥門，能夠調(diào)節(jié)氣流量的精度及范圍，則是一項(xiàng)重要的性能參數(shù)。對(duì)于全金屬超高真空閥門，每次關(guān)閉是否性能穩(wěn)定?使用壽命是否長(zhǎng)?是其主要的性能指標(biāo)。 真空閥的強(qiáng)度和動(dòng)作的測(cè)試 ①閥門的密封性能要好，閥板密封處的漏氣率要小； (2)閥板的密封結(jié)構(gòu)和密封力計(jì)算 ①膠墊密封結(jié)構(gòu)及密封力的計(jì)算 化工真空閥門選型橡膠墊圈密封是利用閥板與閥座間壓緊橡膠墊圈，依靠橡膠彈性變形填塞表面不平來(lái)實(shí)現(xiàn)的密封。目前真空閥門的膠墊密封歸納起來(lái)有6種，如圖18所示。前4種用于較大口徑的閥門，后2種用于較小口徑的閥門。a種是早期采用的結(jié)構(gòu)，為了便于加工閥座上的密封槽，必須把閥座與閥殼設(shè)計(jì)成可拆卸的，這就在結(jié)構(gòu)上增加了一道真空密封。現(xiàn)在絕大多數(shù)閥門都采用閥板上帶密封圈的結(jié)構(gòu)，如圖中(b)、(c)、d)所示。
選擇真空閥門的密封結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a．盡可能減少閥板下高真空側(cè)的放氣因素，例如選用放氣率小的密封墊材料等．b．關(guān)閥后密封圈截面上有zui大的壓縮變形．c．結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單；d．制造方便；e．密封元件便于拆卸和修理。 閥門關(guān)閉的密封性能好壞決定于密封墊填塞閥座表面不平的程度。影響這種填塞程度的因素有二方面：a．密封墊材料的硬度和壓緊程度；b．閥座表面的粗糙度。通常閥座表面的粗度都高于3.2/Δ，密封墊的硬度都在邵氏硬度55～75之間。密封墊的壓緊程度，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)橡膠的硬度在邵氏硬度50以上，而表面沒(méi)有任何擦傷時(shí)，橡膠墊的高度壓縮比在15％以上就能達(dá)到漏氣率小于1．33×10-7Pa·L／s·cFn。的密封性能。如果考慮到制造精度上允許的偏差·把壓縮比適當(dāng)提高一些是必要的。因此建議真空閥門密封墊的相對(duì)壓縮比通常取為15％～25％。 膠墊密封悶板的密封力計(jì)算，多數(shù)可按0形環(huán)在矩形槽中受壓縮的密封力進(jìn)行近似地計(jì)算 Fs=σBL =σxEBxπdDＮ (1) 式中σ-密封比壓力，N／cm2；B-密封寬度，即密封圈與閥座的接觸寬度，cm；L-密封圈平均周長(zhǎng)，cm；σx-相對(duì)比壓力；E-密封圈材料的相氏模量，N／cm2；Bx-密封圈的相對(duì)寬度，d-密封圈的線徑，cm；D-密封槽的中徑，cm。 有些閥門只需要單向使用，例如擴(kuò)散泵入口閥門，閥板只需要封住擴(kuò)散泵中的真空狀態(tài)。這種閥的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)上允許閥板在壓力差作用下繼續(xù)被壓緊。因此，閥板關(guān)閉時(shí)只需要初始?jí)壕o力就可以。我國(guó)1968年真空閥門聯(lián)合設(shè)計(jì)中提出，在上述情況下，密封的初始比壓力可以取為20N／cm。。實(shí)踐證明，這種做法是可行的。故這種閥門的初始密封力為 Fs=20BLＮ (2) 式中B-與密封比壓力為20N／cm2相對(duì)應(yīng)的膠墊密封寬度，cm；L-膠墊的長(zhǎng)度，cm。 有些閥門需要雙向使用，既不但需要封住閥板上方的大氣壓，有時(shí)還得封住閥板下方的大氣壓。這種閥門的閥板密封力應(yīng)用下式計(jì)算： Fs=σBL+7.85×10-5D2PdＮ (3) 式中Pd是大氣壓強(qiáng)，Pa；其余符號(hào)同前。 ②金屬墊密封結(jié)構(gòu)及密封力計(jì)算 圖19給出金屬墊密封的幾種結(jié)構(gòu)。其中圖(a)即是針閥的結(jié)構(gòu)。圖(b)、(c)、(d)和(e)都是用于超高真空系統(tǒng)中的金屬墊密封閥門。
刀口形狀對(duì)閥門性能也有一定影響。表2給出了一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，直角形刀口比夾角形刀口所需螺旋壓緊轉(zhuǎn)矩大些。 注：本直角形如圖19（b）所示，夾角型如圖19（c）所示，漏率測(cè)量，因受儀器靈敏度的限制，測(cè)得數(shù)值是上限，而不是實(shí)際的具體數(shù)值 為了提高閥板(或金屬墊)的壽命，閥板的壓下量還可以設(shè)計(jì)成可微調(diào)的。一旦原有壓痕失去了應(yīng)有的密封性能時(shí)，可通過(guò)微調(diào)，使壓痕再稍深一些。這樣能保證密封性一能，也延長(zhǎng)了閥板的使用壽命。 目前有關(guān)金屬墊密封閥門的密封力計(jì)算通常是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)者針對(duì)所設(shè)計(jì)的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，確定出密封比壓力，然后按照具體的密封尺寸進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料，設(shè)計(jì)者可參考表3。
根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，金屬墊密封力可按下式計(jì)算： Fs=Ls.fls=As.fsaＮ (4) 式中Ls-密封口中心長(zhǎng)度，mm；fls-單位長(zhǎng)度的密封力，N／mm；As-密封面積，mm2；fsa-單位面積的密封力，N／mm2。 (3)閥板壓緊裝置 地計(jì)算閥板的密封力是真空閥門設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題，而正確地設(shè)計(jì)閥板壓緊裝置則是達(dá)到密封力的基本保證。 ①閥板壓緊裝置應(yīng)達(dá)到的要求 a．在壓緊密封墊時(shí)，閥板不產(chǎn)生橫向運(yùn)動(dòng)。因?yàn)闄M向運(yùn)動(dòng)會(huì)搓傷密封墊；
真空閥門的幾種常見(jiàn)連接形式 ②常用的幾種壓緊方式 a．螺旋壓緊在真空閥門中應(yīng)用zui廣，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，壓緊時(shí)增力倍數(shù)較大，適于手動(dòng)、電動(dòng)兩種閥門；其缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)閥門時(shí)間較長(zhǎng)、傳動(dòng)效率較低。 現(xiàn)以圖21超高真空閥門的具體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明螺旋壓緊。圖中1是帶刀口的閥座，2是可更換的閥板，它由帶導(dǎo)向槽的螺桿3帶動(dòng)。螺母4擰在螺桿3上，其軸向由止推軸承限定，只能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺桿3因?qū)蜴I5的限制，只能作上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)閥板上下移動(dòng)，或打開(kāi)閥門或關(guān)閉閥門。這種閥的關(guān)鍵是閥板關(guān)閉要有重合性。經(jīng)驗(yàn)證明，利用閥板凸出的圓周面和閥腔的內(nèi)圓柱面精加工配合，可以達(dá)到閥板粗定位。該種結(jié)構(gòu)還利用制動(dòng)圈6來(lái)解決螺母退扣問(wèn)題，效果很好。 螺旋壓緊的螺母阻力矩的計(jì)算可參照機(jī)械設(shè)計(jì)中有關(guān)的計(jì)算。壓緊后的自鎖條件是 λ=arctanf(5) 式中 λ——螺旋升角；f——螺桿與螺母材料的摩擦系數(shù) b．斜面壓緊 如圖6所示，閥板上的斜面沿著墊塊上的斜面向左滑動(dòng)、閥板與墊塊被撐開(kāi)而將膠圈壓緊密封。和螺旋壓緊類似，若斜面升角小于兩者材料的摩擦角，壓緊后就能實(shí)現(xiàn)自鎖。然而對(duì)于普通鋼材，摩擦角為5°43’，若要保證自鎖，需斜面升角入＜5°43'。假設(shè)膠圈壓下量為1.5mm，則在極限情況下，上述閥板需相對(duì)于斜塊向左移動(dòng)15mm才行。即閥板接觸到膠圈后，還要相對(duì)于膠圈橫向移動(dòng)15mm，顯然這是不能允許的。所以這種結(jié)構(gòu)要利用傳動(dòng)連板5轉(zhuǎn)至死點(diǎn)來(lái)保證自鎖。 為產(chǎn)生所需密封力Fs，見(jiàn)圖22，傳動(dòng)連板給閥板的推力Ft，應(yīng)為 Ft=Fs.tan(λ+ρ) +fFs(6) 式中ρ——斜面間材料的摩擦角；f——膠圈與閥板的摩擦系數(shù) 為了消除圖22所示的在壓緊密封圈時(shí)，閥板與密封圈間的摩擦力，目前國(guó)內(nèi)外都采用圖23所示的壓緊密封原理。此時(shí) Fs/Ft=1/[tan(λ+ρ) +f1] (7) 式中f1——滾輪與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)；其余符號(hào)的意義同上。 c．鏈板壓緊 鏈板壓緊機(jī)構(gòu)如圖7所示。圖24是典型的鏈板壓緊力圖。如果不考慮鉸鏈的摩擦力，作用在鏈板上有4個(gè)力：密封力Fs、閥板受到的止推力Fz、導(dǎo)軌槽通過(guò)滾輪(或滑塊)給出的反力Ff(Ff=Fs)和推桿傳來(lái)的推力F`t。因?yàn)殒湴迨菈毫U，所以合力在其中心線上。推力Ft還需克服滾輪與導(dǎo)軌槽的摩擦力fFf=fFs，根據(jù)力的平衡條件可得 Ft=Fs(tanα+f) (8) 式中α——鏈板中心線與閥板密封面法線的夾角；f——滾輪與導(dǎo)軌槽的摩擦系數(shù)
λ＜tan-1f (9) 對(duì)于真空中的干摩擦，鋼與鋼之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.15，滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.05，代入上式可得：對(duì)于滑塊摩擦，a＜8°30’，鏈板自鎖；對(duì)于滾輪摩擦，a＜2°50’，鏈板自鎖。 d．彈簧壓緊 如圖12所示。閥板6由彈簧5壓緊密封。當(dāng)電磁線圈2通電時(shí)，銜鐵4被吸上，閥板被提起打開(kāi)閥門。 e．彈性墊圈自身壓緊 如圖25所示，閥塞被碗形密封圈箍緊密封。這就象往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)密封一樣，不過(guò)由于閥塞進(jìn)出密封圈，需要閥塞的兩頭有光滑的倒角，以免擦傷密封圈。 f．動(dòng)力壓緊 動(dòng)力壓緊有氣壓的、液壓的和電磁力的壓緊。凡是密封力大的閥門都用液壓壓緊。如圖26所示的閥門是靠薄壁銅筒在油壓作用下產(chǎn)生彈性變形，與閥體內(nèi)筒的光滑表面緊密貼合來(lái)密封的。當(dāng)撤去油壓時(shí)，薄壁銅筒恢復(fù)原形，閥塞就可以拉上去打開(kāi)閥門。
③壓緊裝置中的均壓、續(xù)壓和調(diào)壓措施 為了保證閥門的密封性能，要求閥板壓緊密封圈時(shí)能自動(dòng)均壓；當(dāng)大氣壓壓到閥板上時(shí)能允許進(jìn)一步壓緊；又因?yàn)槊芊馊推渌鼈鲃?dòng)件的加工制造差不可避免，所以閥板壓緊程度必須可調(diào)。這就是壓緊裝置的均壓、續(xù)壓和調(diào)壓?jiǎn)栴}。在圖11所示的真空閥門中，通過(guò)錐面閥座和與之配合的錐面閥板及鉸銷壓緊來(lái)自動(dòng)調(diào)均對(duì)膠墊的壓力；利用壓桿頭(兼作導(dǎo)向桿8)與閥板螺紋聯(lián)接來(lái)達(dá)到壓緊程度可調(diào)；利用初壓后活塞達(dá)不到氣缸底來(lái)實(shí)現(xiàn)大氣壓壓到閥板時(shí)，閥板繼續(xù)壓緊密封圈。 上述的均壓措施在鉸銷軸方向不能自動(dòng)均壓，需要在裝配中人工調(diào)好。對(duì)于口徑較小的閥門，由于誤差量較小，在裝配中容易調(diào)好，但對(duì)于口徑較大的閥門，就困難得多。因此對(duì)于大口徑閥門應(yīng)采用*自動(dòng)均壓的措施。例如圖28所示的結(jié)構(gòu)，采用球而壓頭就能*自動(dòng)均壓。 電磁閥受電信號(hào)的控制。目前可提供直接控制閥和氣動(dòng)先導(dǎo)控制閥。 止回閥受到流經(jīng)空氣的體積流量的控制。若體積流量超過(guò)預(yù)設(shè)值，則自動(dòng)關(guān)閉。閥門通過(guò)停用僅部分覆蓋的吸盤(pán)來(lái)維持系統(tǒng)中的真空度。 流量電阻減小了真空系統(tǒng)的橫截面面積。這對(duì)搬運(yùn)多孔材料有利。 (4)閥板的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 閥板的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有兩個(gè)職能：一是使閥板壓緊密封圈，保證閥門的密封性能；二是使閥板開(kāi)啟后，閥門有較大的流導(dǎo)。承擔(dān)*個(gè)職能的機(jī)構(gòu)零件，由于受力較大、有強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題，設(shè)計(jì)中需要考慮。這些機(jī)件是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的主要構(gòu)件，承擔(dān)第二個(gè)職能的機(jī)件主要使閥板按所需要的位置開(kāi)啟，因此受力不大，零件的強(qiáng)度等問(wèn)題是次要的。 上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥一般的真空閥門，其閥板的壓緊機(jī)構(gòu)就是其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如圖7、圖8、圖12、圖14等。這類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，只要知道了閥板壓緊機(jī)構(gòu)的壓緊力，就可以按照普通機(jī)械傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)了。 對(duì)于真空翻板閥，如圖9、圖lO、圖11的閥門，閥門開(kāi)啟時(shí)閥板翻轉(zhuǎn)一個(gè)角度，對(duì)閥板運(yùn)動(dòng)的特殊要求是：①閥板壓緊或松開(kāi)密封墊圈時(shí)，需要直起直落；②開(kāi)啟閥板時(shí)，需要翻轉(zhuǎn)較大的角度，達(dá)到90°；③在閥板翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，閥板不能與閥座相碰。目前國(guó)內(nèi)主要采用三種翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，即擋桿擋翻(見(jiàn)圖10)、四連桿機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖9)和蚌線機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖11)。 (5)真空閥門的動(dòng)力選擇 (6)閥門開(kāi)關(guān)的限位和指示 為了使閥門開(kāi)關(guān)準(zhǔn)確可靠和操作方便，閥門的開(kāi)啟和關(guān)閉需要有限位和指示。特別是金屬墊密封的閥門更須嚴(yán)格控制閥座刀口對(duì)金屬墊的楔入量，在保證密封性能的前提下，楔入量愈少，墊圈受壓處冷硬現(xiàn)象愈輕，閥門使用壽命愈長(zhǎng)。對(duì)于機(jī)動(dòng)閥門，限位有保護(hù)設(shè)備免遭機(jī)械損傷的重要作用。 圖29是電動(dòng)真空閥門中所用的開(kāi)關(guān)限位和指示裝置。螺桿5被固定在閥板的傳動(dòng)軸上，指針8固定在螺母6上，指針8和螺母6只能沿著刻度尺滑動(dòng)，當(dāng)螺桿5隨閥板傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們即是指針又是限位開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸點(diǎn)。l是行程開(kāi)關(guān)；4是刻度尺。當(dāng)然這只是限位和指示裝置中的一種。 (7)打開(kāi)閥板的先導(dǎo)裝置 有的真空閥門在開(kāi)啟閥板之前，需要先使閥板上下的氣壓平衡，避免壓差過(guò)大使傳動(dòng)裝置超負(fù)荷而受損害，這就要用到先導(dǎo)裝置。先導(dǎo)裝置還可用來(lái)在閥板上下壓差較大的情況下，用較小的傳動(dòng)力打開(kāi)閥板。如圖30所示，在閥板上裝設(shè)個(gè)小閥門，讓傳動(dòng)桿6先打開(kāi)小閥的密封板3，使閥板上下壓差消失后再打開(kāi)閥板8，這就是在壓差較大的情況下順利打開(kāi)閥門的一個(gè)可行措施。小閥起到了先導(dǎo)作用，故稱該小閥為先導(dǎo)裝置或先導(dǎo)閥。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有：自緊密封電站截止閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn) |
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