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1 方案設(shè)計(jì)依據(jù)和原則

1.1 方案設(shè)計(jì)依據(jù)

   氣動(dòng)快關(guān)蝶閥主要由蝶閥和氣動(dòng)執(zhí)行器兩部分組成，用于控制管路的通斷。氣動(dòng)快關(guān)蝶閥系統(tǒng)樣機(jī)研制任務(wù)根據(jù)如下文件提出：

1）  《可靠性保證大鋼》；

2）  《安全性保證大鋼》；

3）  《維修性保證大鋼》。

1.2 方案設(shè)計(jì)原則

1.2.1 可靠性原則

優(yōu)先采用成熟性、穩(wěn)定性優(yōu)良的技術(shù)，在現(xiàn)有成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上盡量避免進(jìn)行過多的改動(dòng)或變動(dòng)以提高產(chǎn)品的可靠性。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮人機(jī)適應(yīng)性，避免人為操作失誤，而影響產(chǎn)品的可靠性。來提高人對(duì)產(chǎn)品的使用的可靠性。

1.2.2 安全性原則

充分考慮產(chǎn)品工作過程中可能發(fā)生的故障，把安全性設(shè)計(jì)放在設(shè)備設(shè)計(jì)的更重要位置。應(yīng)確保單一失效或操作失誤不對(duì)產(chǎn)品造成重大的危險(xiǎn)。

1.2.3 “四化”原則

    在實(shí)際設(shè)計(jì)中充公落實(shí)模塊化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的設(shè)計(jì)思路。最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)件，通用件，減少單一零部件的生產(chǎn)種類，簡化生產(chǎn)工藝，簡化維修過程，提高產(chǎn)品的互換和可維修性。

1.2.4 低成本原則

優(yōu)先選用民用市場上的主流產(chǎn)品，優(yōu)先選用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的零部件、元器件，減少外購件和標(biāo)準(zhǔn)件種類規(guī)格，降低研制成本。

2 主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

   任務(wù)書規(guī)定的快速響應(yīng)蝶閥系統(tǒng)是0.5S快速關(guān)閉蝶閥。具體參數(shù)要求見表1（暫定）、表中所列打開關(guān)閉時(shí)間指氣動(dòng)控制時(shí)的打開關(guān)閉時(shí)間。

表1快速關(guān)閉蝶閥系統(tǒng)參數(shù)

   在方案研制過程中，對(duì)快速響應(yīng)蝶閥系統(tǒng)開展了方案設(shè)計(jì)，對(duì)方案的可行性進(jìn)行了認(rèn)證，完成了產(chǎn)品的市場調(diào)研、閥門和執(zhí)行器選型、復(fù)核驗(yàn)算等工作。為初階段樣品的方案選擇、研制、生產(chǎn)提供情報(bào)了依據(jù)。

3 主要技術(shù)途徑

3.1 閥門系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1.1 閥門的選擇

管路中常用的啟閉閥門主要有閘閥、球閥、截止閥、蝶閥等。其中球閥、截止閥主要用于口徑較小的管路，閘閥、蝶閥適應(yīng)癥較強(qiáng)，可用于大口徑的管路。

閘閥的啟閉件是閘板，閘板的運(yùn)動(dòng)方向與流體方向相垂直，閘閥只能做全開和全關(guān)，不能作流量調(diào)節(jié)和節(jié)流。閘閥密封性好，流阻損失小，但其動(dòng)作時(shí)間長（DN350氣動(dòng)閘閥動(dòng)作時(shí)間需25S以上），外形尺寸大，難以滿足噴水系統(tǒng)快速響應(yīng)要求。

蝶閥主要應(yīng)用于大口徑、流阻損失要求不高、需要快速動(dòng)作等場合，比較接近快速響應(yīng)閥門的參數(shù)要求，根據(jù)蝶閥結(jié)構(gòu)形式可分為中線蝶閥，單偏心蝶閥、雙偏心蝶閥、三偏心蝶閥。

3.1.2 特殊的設(shè)計(jì)驗(yàn)算

用三維軟件進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后對(duì)各個(gè)零部件采用分析軟件進(jìn)行靜力分析，分析出各零件的應(yīng)力、應(yīng)變、位移、變形并形成報(bào)告。進(jìn)行整體裝配，采用CFD流體分析軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)工況仿真模擬，進(jìn)行動(dòng)力分析，分析出各零件的應(yīng)力、應(yīng)變、位移、變形并形成報(bào)告。和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，來保證設(shè)計(jì)的產(chǎn)品符合各種特殊工況的要求。

3.2 執(zhí)行器的選擇

   執(zhí)行器分為電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)三種。電動(dòng)輸出力矩穩(wěn)定，信號(hào)反應(yīng)時(shí)間快，價(jià)格便宜，在大扭矩場合容易發(fā)生電機(jī)過載燒壞的情況，用于大口徑蝶閥時(shí)開啟關(guān)閉時(shí)間大于30s且很難縮短；液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出力矩大，傳動(dòng)平穩(wěn)、開啟關(guān)閉迅速、外形尺寸龐大，維護(hù)、維修困難，價(jià)格高；氣動(dòng)機(jī)構(gòu)打開關(guān)閉迅速、外形相對(duì)較小，維護(hù)方便，環(huán)境污染小。

氣動(dòng)執(zhí)行器分為單作用氣缸和雙作用氣缸兩種，單作用氣缸開關(guān)過程中，只有一個(gè)活塞受力，其所需氣源壓力高、輸出扭矩相對(duì)較小。雙作用氣缸開關(guān)過程中，兩邊活塞共同承受氣體作用完成開關(guān)動(dòng)作，所需氣源壓力低、輸出扭矩相對(duì)大。（相同尺寸的體和氣源壓力的情況下，雙作用氣缸的輸出力矩是單作用氣缸的2~3倍左右），但外形尺寸較大且價(jià)格高。

表4   不同驅(qū)動(dòng)方式的執(zhí)行器性能比較

注：★為最優(yōu)，●為次之，▶為較差

3.3 總方案的選擇

    根據(jù)快速響應(yīng)蝶閥系統(tǒng)的特殊要求，快速響應(yīng)蝶閥系統(tǒng)擬三偏心蝶閥和單作用氣缸執(zhí)行器組成。蝶閥選型見附件。

4試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1.1 術(shù)語 
4.1.2 試驗(yàn)壓力
    試驗(yàn)時(shí)，閥門內(nèi)的顯示壓力。
4.1.3 殼體試驗(yàn)
    對(duì)閥體和閥蓋等連接而成的整個(gè)閥門外殼進(jìn)行的壓力試驗(yàn)。目的是檢驗(yàn)閥體，包括閥體固定連接處在內(nèi)的整個(gè)殼體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐壓能力和致密性。
4.1.4 密封試驗(yàn)
   檢驗(yàn)啟閉件和閥體密封副密封性能的試驗(yàn)。

4.1.5 試驗(yàn)介質(zhì)

用于閥門壓力試驗(yàn)加壓的液體。

4.1.6 試驗(yàn)介質(zhì)溫度

用于閥門壓力試驗(yàn)加壓的液體的溫度，溫度應(yīng)在5～40℃范圍內(nèi)。

4.1.7 試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間
在試驗(yàn)壓力下所持續(xù)的時(shí)間。

4.1.8 試驗(yàn)項(xiàng)目
4.1.8.1壓力試驗(yàn)的項(xiàng)目包括：
4.1.8.1.1. 殼體試驗(yàn)；
4.1.8.1.2. 密封試驗(yàn)。

4.1.9 試驗(yàn)要求
4.1.9.1 每臺(tái)閥門出廠前均應(yīng)進(jìn)行壓力試驗(yàn)。
4.1.9.2 在殼體試驗(yàn)完成之前，不允許對(duì)閥門涂漆或使用其它防止?jié)B漏的涂層，   但允許進(jìn)行無密封作用的化學(xué)防銹處理。對(duì)于已涂過漆的庫存閥門，如果用戶代表要求重做壓力試驗(yàn)時(shí)，則不需除去涂層。
4.1.9.3 密封試驗(yàn)之前，應(yīng)除去密封面上的油漬，但允許涂薄層粘度不大于煤油的防護(hù)劑。
4.1.9.4 試驗(yàn)過程中不應(yīng)使閥門受到可能影響試驗(yàn)結(jié)果的外力。
4.1.10 如無特殊規(guī)定，試驗(yàn)介質(zhì)的溫度應(yīng)在5～40℃之間。
4.1.11試驗(yàn)介質(zhì)
a. 液體：水(可以加入防銹劑)，煤油或粘度不大于水的其它適宜液體。
4.1.12 在作試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)排除閥門體腔內(nèi)的氣體。
4.1.12.1 試驗(yàn)壓力應(yīng)符合規(guī)定。
4.1.1.1 殼體試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力，試驗(yàn)介質(zhì)為液體時(shí)，試驗(yàn)壓力至少是閥門在20℃時(shí)允許最大工作壓力的1.5倍。具體數(shù)值見附表
4.1.1.2 密封試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力，試驗(yàn)介質(zhì)為液體時(shí)，試驗(yàn)壓力至少是閥門在20℃時(shí)允許最大工作壓力的1.1倍。具體數(shù)值見附表
4.1.1.3試驗(yàn)壓力在試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間內(nèi)應(yīng)維持不變。
4.1.13 試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合規(guī)定。
4.1.1.1 殼體試驗(yàn)的試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間見附表。
-13.1.2 密封試驗(yàn)的試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間見附表。

4.1.14 試驗(yàn)方法和步驟
應(yīng)先進(jìn)行殼體試驗(yàn)，然后進(jìn)行密封試驗(yàn)。
-14.1.1 殼體試驗(yàn)
   封閉閥門進(jìn)口和出口，壓緊填料壓蓋以便保持試驗(yàn)壓力，閥門處于部分開啟狀態(tài)。給體腔充入試驗(yàn)介質(zhì)，排出閥門內(nèi)部的空氣，并逐漸加壓到試驗(yàn)壓力，按要求保壓，然后對(duì)殼體進(jìn)行檢查。
-14.1.2 密封試驗(yàn)

封閉閥門的一端，關(guān)閉閥門的啟閉件，應(yīng)按閥門箭頭的方向加壓，給閥體內(nèi)腔充入試驗(yàn)介質(zhì)。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)逐漸加壓到規(guī)定的試驗(yàn)壓力，按要求保壓，然后檢查密封副的密封性能。
4.1.15 評(píng)定指標(biāo)
-15.1.1 殼體試驗(yàn)
   殼體試驗(yàn)時(shí)，不得有結(jié)構(gòu)損傷，承壓壁及閥體連接處不得有可見滲漏，殼體不得有明顯可見的液滴或表面潮濕。
-15.1.2 密封試驗(yàn)
    不允許有可見泄漏通過閥瓣、閥座密封面等處（包括填料部分），并應(yīng)無結(jié)構(gòu)損失。在試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間內(nèi)，試驗(yàn)介質(zhì)通過密封副的最大允許泄漏量見附表。

1、SODEZK643H-25的氣動(dòng)快速關(guān)閉蝶閥                               表10

5 工藝可實(shí)現(xiàn)性分析

    蝶閥系統(tǒng)所選用的蝶閥和執(zhí)行器均采用成熟生產(chǎn)技術(shù)和加工藝，無新的生產(chǎn)技術(shù)和加工工藝需要攻關(guān)。

6 總結(jié)

在市場現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，對(duì)蝶閥和執(zhí)行器的材料，表面處理工藝、部分零件的尺寸和局部結(jié)構(gòu)等方面實(shí)行技術(shù)改進(jìn)，提高蝶閥的強(qiáng)度、加快氣動(dòng)執(zhí)行器的動(dòng)作時(shí)間和增大其動(dòng)作輸出扭矩，滿足氣動(dòng)快關(guān)蝶閥的使用要求并保證產(chǎn)品的可靠性和安全性。

快速響應(yīng)蝶閥系統(tǒng)的方案正確、合理、可行。

附連接尺寸圖。

適合介質(zhì)：

飲用水、污水、高純水、海水、空氣、天然氣、煤氣、水蒸氣、油品、紙漿、啤酒、粉末、藥劑等

應(yīng)用場合：

電力，石油化工，天然氣，鍋爐，水處理，空調(diào)，消防，船舶，醫(yī)藥，食品，啤酒飲料，核反應(yīng)堆等各個(gè)行業(yè)。

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