抽气止回阀的设计

文章编号:100225855(2002)0520004203

作者简介:唐　林(1967-),女,江苏南京人,工程师,从事阀门设计开发工作。

抽气止回阀的设计

唐　林,唐惠锋

(开封高压阀门厂,河南　开封　475002)

摘要　阐述了抽气止回阀的工作原理及气缸的设计计算方法。

关键词　止回阀;气缸;重锤;弹簧

中图分类号:TH 134 文献标识码:A Design of extraction check valve

TAN G Lin ,TAN G Hui 2feng

(K aifeng High Pressure Valve Factory ,K aifeng 475002,China )

Abstract :Expound working principle of extraction check valves and the calculation methods of the cylinder design.

K ey w ords :Check valve ;Cylinder ;Heavy hammer ;Spring 1　概述

抽气止回阀用于电厂或热电厂抽气系统,

或其他系统的蒸汽和水等非腐蚀性介质管道上,以保护汽轮机的安全运行,是火力发电机组必不可少的关键附件。作为防止介质逆流的装置,该阀应快速和紧密的关闭,确保在给水加热器出现水位超高时,气动装置部件接到液体逆流信号后,将汽轮机迅速隔开,给汽轮机或抽气系统以最大保护。以前我国一直没有专业阀门厂家生产抽气止回阀,随着我国电力工业的发展,该产品的需求更加广泛,仅年进口量就将达到600万美元。为此,我厂开发和研制了该系列产品,并取得了良好的经济效益和社会效益。2　结构特点

抽气止回阀(图1)为气动控制,其结构保证了该阀具有密封可靠,启闭迅速,运动平稳的性能。

①关闭件阀瓣经摇杆由销轴活动连接,阀瓣绕销轴旋转,并具有自动对中功能,

可以使

11阀体　21阀瓣　31摇杆　41气缸　51拨叉

61销轴　71加长杆和重锤　81阀盖

图1　抽气止回阀

阀瓣准确定位在阀体密封面上,保证密封面的吻合,简化了摇杆轴的密封结构,使阀门密封性能稳定和可靠。阀体密封面堆焊不锈钢或硬

质合金,有良好的耐磨性。

②阀体密封面倾斜30°,减少止回阀关闭时间,保证快速关闭。

③该止回阀设有重锤,通过加长杆和拨叉作用于销轴,用以平衡阀瓣和摇杆的重力矩,防止水锤现象的发生。当介质正向流动时,有助于打开止回阀,并在运行中保持止回阀平稳,减少振动。

④该止回阀配有气缸,当介质正向流动时,气缸下腔进气,与重锤共同作用,使阀瓣比较平衡的处在全开位置。当介质反向流动时,气缸活塞下腔迅速泄压,阀瓣在反向介质作用下,快速动作,使止回阀瞬间关闭。

⑤气缸内壁增加耐磨涂层,既增加使用寿命,又可减小滑动阻力,使阀门关闭更灵活和迅速。关闭时间≤015s,安全有效地保护了汽轮机的正常运行。

⑥进气端有气源处理二联件,既可以过滤空气中的杂质,又可以根据系统气源情况,调整减压阀出口压力,以保证止回阀完全开启。3　气路系统及工作原理

抽气止回阀控制系统如图2。气源来自压缩空气,压力014～016MPa,经过球阀进入二联件处理,再进入二位三通电磁阀(常闭式),最后经过快排阀进入气缸进气口,止回阀打开。手动换向阀为运行中试验止回阀灵活性用。

11不锈钢球阀　21气源处理二联件　31二位三通电磁阀41快排阀　51手动换向阀　61止回阀

图2　气路系统

止回阀关闭,电磁阀断电而关闭,切断气源,快排阀启动,排出气缸下腔空气,止回阀快速关闭。

4　气缸设计

411　受力分析

图3为抽气止回阀关闭时的受力及力臂图。图4为抽气止回阀开启时的受力及力臂图。

当阀门处于关闭位置时,根据力矩的平衡原理,可以计算出重锤的最大配重量G P,即F P×L P=F M×L M+F Y×L Y+F B×L B 再根据图3抽气止回阀关闭时的受力情况,计算出弹簧的最小作用力F T,即

F P×L p+F M×L M=

F T×L T+F Y×L Y+F B×L B

根据图4可以计算出气缸的最小操作力F Q,为了保证阀门能够在介质力不稳定的情况下也能够正常打开,在计算气缸的操作力F Q时,可以先不考虑介质的作用力。

F P×L P+F Q min×L Q+F J×L J=

F M×L M+F T×L T+F Y×L Y+F B×L B

F P×L P+F Q max×L Q=F M×

L M+F T×L T+F Y×L Y+F B×L B

式中　F P———重锤和重锤杆所产生的力,N L P———重锤力和重锤杆的力臂,mm

　F M———销轴与填料间的摩擦力,N

　L M———销轴与填料间摩擦力的力臂,

mm

　F T———弹簧的作用力,N

　L T———弹簧作用力的力臂,mm

　F Y———摇杆的重力,N

　L Y———摇杆重力的力臂,mm

　F B———阀瓣的重力,N

　L B———阀瓣重力的力臂,mm

　F Q———气缸活塞杆的推力,N

　L Q———气缸活塞杆推力的力臂,mm

　F J———介质对阀瓣的推力,N

　L J———介质对阀瓣推力的力臂,mm 412　耗气量的计算

图3　

关闭时阀门受力

图4　开启时阀门受力

气缸压缩空气的消耗量,与其本身直径的

大小、行程的长短、每分钟的动作次数以及从换向阀到气缸间导气管的容积有关。在实际使用中,因为从换向阀到气缸间导气管的长度较短,故导气管容积可忽略不计。每分钟耗气量

Q =(V 1+V 2)S n/100

将压缩空气的消耗量换算为自由空气量

Q Z =Q (p +1)

Q Z =[(V 1+V 2)S n/100](p +1)=

　01785S n (2D 2-d 2)(p +1)10-5

式中　Q Z ———每分钟自由空气消耗量,m 3/

min

　Q ———每分钟压缩空气消耗量,m 3/

min

　S ———活塞行程长度,mm n ———活塞每分钟往复次数　V 1———当行程长度为100mm 时,无活

塞杆端压缩空气的体积,m 3

　V 2———当行程长度为100mm 时,有活塞杆端压缩空气的体积,m 3

　D ———气缸内径,cm d ———活塞杆直径,cm p ———气缸工作压力,MPa 413　排气口直径的计算

气缸排气口的直径与气缸单位时间所排出的需压缩空气量直接相关,排气口如太小,排气速度就将受到限制,进而影响气缸正常出力和活塞正常运动速度,有时甚至不能满足使用条件的要求。抽气止回阀作为防止介质逆流的装置,它需要快速紧密的关闭,以确保在给水加热器出现水位超高时,气动装置部件一旦接到液体逆流信号,把汽轮机迅速隔开,给汽轮机或抽气系统以最大保护,故通常其关闭时间≤015s 。由于抽气止回阀的气缸为单向作用气缸,即气源压力帮助阀瓣开启。当系统失压时,气缸在弹簧力的作用下迅速使阀瓣关闭,所以气缸排气口直径的大小直接影响阀门的关闭速度,气缸排气口直径的计算非常重要。

根据气缸排气时间t ,活塞行程S ,得出活塞的平均速度V =S /t 。

Q Z =01236V (2D 2-d 2

)

　(P/Pa +1)×105(m 3/min )

气缸排气口直径d p (mm )可根据气缸工作时每分钟自由空气排出量Q Z (m 3/min )及气缸压力P (MPa )得出。5　调整

为了使止回阀顺利打开和稳定运行,并能

够快速关闭,该止回阀所配重锤和气缸均可调整,出厂前位置基本调好(见刻线标志),运行前可根据情况稍做调整。

如果止回阀不能全开,调整定位螺钉,使重锤沿重锤杆向外移,每次约移10mm ,然后拧紧定位螺钉,再进行动作试验,至止回阀全开为止(初始调整时,允许扳动重锤杆,帮助止回阀动作)。如果止回阀关闭速度缓慢,可把重锤沿重锤杆向内移动,但应注意不得影响

止回阀全开启。

(下转第31页)

门类别与6D标准的符合性审查,制造厂应保持“压力试验规程”的完整性和符合性。

416　铭牌设计

22版在产品铭牌中增加了ISO14313的标记项目,其余内容不变。但对小于DN50的阀门,规定可以省略铭牌和产品序列号,由采购方指定阀门标记。

417　文件要求

22版所增加的4个文件,其中有2个可追溯性文件———材料证明书和材料明细表,有些制造厂对此可能在管理方面有困难。这是因为在材料追溯的管理上,各制造厂的产品类型不一,批量不一,持续性都有很大差异,要提出一种各个厂家都适用的模式几乎是不可能。这里提出二个关键记录点:一是仓库的发料记录,二是装置工序的零件清点记录。这是可追溯的源头。现在许多制造厂所作的采购记录和产品装配流程卡上信息量不够,没有可追溯性。在这二个关键记录点,只要有一个记录点控制好,就解决了问题关键。

418　采购方的要求

在22版从第6节“设计”开始共有19处提到“由采购方规定”,这给阀门制造企业在承接阀门产品订单,尤其是参加重大项目的技术投标时,提供了极有价值的提示。虽然大多数国内的阀门采购还未发展到如此规范的阶段,阀门采购方也提不出如此详细的技术要求。但是,如果阀门产品面对的是国外用户,或是参加国际投标,阀门制造厂首先要做的就是技术标书或者与外商进行技术洽谈,那么22版中提到的由采购方规定就是非常重要的依据,要在制造厂的文件中予以确定。

5　结语

API6D第22版中许多规定性内容这里只是作提示性解释。一些操作方法和思路只能供参考。随着国内API认证和API产品制造不断地走向成熟,相信在贯彻执行API标准和规范方面,会有更多的成功经验和更新的管理模式出现,从而带动整个阀门制造业向更新、更高、更科学的国际先进水平迈进。

参考文献

〔1〕　API6D-94(第21版),管线阀门〔S〕.

〔2〕　API6D-2002(第22版),管线阀门〔S〕.

〔3〕　ASME B16.34(98a),法兰、螺纹和焊接端连接的阀门〔S〕.

〔4〕　ASME B16.5,管法兰和法兰管件〔S〕.

〔5〕　ASME B16.25,对焊端部〔S〕.

〔6〕　ASME B16.10,阀门的面至面和端至端尺寸〔S〕.〔7〕　ASME VⅢ-1卷,压力容器建造规则〔S〕.

〔8〕　ASME IX卷,焊接和钎焊评定〔S〕.

〔9〕　ASN T SN T-TC-1A,无损检测人员资格评定和颁发证书的推荐方法〔S〕.

(收稿日期:2002108123)

(上接第6页)

止回阀伺服系统的减压阀出口压力过低时也会影响止回阀全开启,可适当调高。

注意气缸的气源压力,气缸工作压力按014～016MPa设计,系统气源压力过低时,亦可造成止回阀不能全开启,应适当增加气源压力。

一般止回阀动作数次即可完成调整,确认止回阀可以全开,关闭时间满足需要,转动部件无卡滞现象。调定重锤位置,拧紧定位螺钉,做好标记,调整完毕。

6　结语

该产品技术性能指标达到国外同类产品先进水平。由于采用阀瓣自动对中和复位等新结构,采用高精度的气动装置,对于DN1000mm的大口径阀门,动作时间仍小于015s,使本产品对汽轮机的保护性能超过国外同类产品。该产品先后用于北京重型电机厂和安徽平圩电厂和北京石景山电厂、秦皇岛电厂和山东文登电厂等多家单位,平均每年为我厂创产值300多万元。目前,我国每年新建火电装机容量8000～12000MW,即每年新建300MW、600MW大型机组30台,研制和开发抽气止回阀既为阀门生产企业带来良好的经济效益,更为大型火电行业以及国家电力建设带来巨大的社会效益。

参考文献

〔1〕　机械设计手册.第三版.第二、四卷〔M〕.北京:化学工业出版社,1994.

〔2〕　杨源泉.阀门设计手册〔M〕.北京:机械工业出版社,1992.

(收稿日期:2002104115)