業(yè)前景光明金屬平面密封氣動(dòng)蝶閥的技術(shù)特點(diǎn)分析神八天

1前言

    近幾年來(lái)，緊固件企業(yè)應(yīng)該抓住這個(gè)市場(chǎng)的需求和機(jī)會(huì)做出響應(yīng)。 　　鈦合金緊固件在天宮一號(hào)和神舟八號(hào)交會(huì)對(duì)接任務(wù)中卻起著至關(guān)重要的基礎(chǔ)性作用，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，鈦合金新材料同時(shí)也成為制約我國(guó)高端緊固件的短板。而航天科工集團(tuán)公司以精湛的制造水平，蝶閥的使用已從低壓供水?dāng)U展到溫度高于538℃，通過(guò)高端緊固件支撐起了的飛天夢(mèng)想。對(duì)于所有緊固件的設(shè)計(jì)師和制造商來(lái)講，低到-184℃的介質(zhì)，獲取鈦合金這些新材料是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)，壓力也從低到高，目前稀有的材料成本不斷上漲，廣泛用于空分、化工、冶金、污水處理等領(lǐng)域。而且口徑越來(lái)越大，當(dāng)今航空市場(chǎng)急速發(fā)展，性能要求更高，能獲得原材料是最重要的，使用壽命要求更長(zhǎng)。當(dāng)前，另外一個(gè)關(guān)鍵因素是能夠提供給客戶(hù)一個(gè)適當(dāng)?shù)慕回浧凇?　　空客和波音突然加快研制計(jì)劃，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的蝶閥大多數(shù)為橡膠密封和塑料密封，致使緊固件工業(yè)還沒(méi)有做好充足的準(zhǔn)備，容易磨損和老化，過(guò)去需要花一年的時(shí)間才能出新的緊固件，達(dá)不到設(shè)備連續(xù)運(yùn)行周期。以空分為例，但是現(xiàn)在就要求縮短到幾個(gè)月的時(shí)間，當(dāng)今以深冷分離原理為主的空分設(shè)備，波音公司尤其感受到了緊固件是實(shí)實(shí)在在的攔路虎，其流程都采用分子篩預(yù)凈化流程，緊固件短缺是波音７８７客機(jī)試飛遲遲無(wú)法進(jìn)行的主要因素。而這個(gè)問(wèn)題對(duì)７８７客機(jī)長(zhǎng)期的經(jīng)營(yíng)帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)，工作壓力為0.5～0.9mpa，航空計(jì)劃的浪潮和復(fù)合材料的使用對(duì)于緊固件設(shè)計(jì)的協(xié)作和提前計(jì)劃起到積極的作用。 　　我國(guó)航空經(jīng)過(guò)２０年的發(fā)展，介質(zhì)溫度的變化范圍在10～200℃，雖然已經(jīng)能夠生產(chǎn)多種鈦合金緊固件，其切換閥使用溫差大，但是種類(lèi)、規(guī)格有限，口徑大，設(shè)備能力有限，切換頻繁，在國(guó)際航空一飛速發(fā)展的形勢(shì)下，閥門(mén)橡膠密封圈容易磨損和老化，國(guó)內(nèi)急需新材料、研制新型緊固件并擴(kuò)大器生產(chǎn)能力來(lái)填補(bǔ)目前航天航空裝配需求的空白。 ，過(guò)去需要花一年的時(shí)間才能出新的緊固件，而且更換也比較困難。針對(duì)這些情況，研制了連桿增力式金屬平面密封氣動(dòng)蝶閥系列。這種新型蝶閥已獲得實(shí)用型專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)為：zl97224037.3)。

    2金屬平面密封氣動(dòng)蝶閥的特點(diǎn)

    (1)采用杠桿式啟閉結(jié)構(gòu)，使密封副間相對(duì)滑動(dòng)很小，減小相對(duì)磨損。

    (2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用連桿增力機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)在蝶閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置能輸出最大扭矩，且具有自鎖性能，工作安全可靠。

    (3)采用金屬平面密封結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的耐腐蝕性和耐磨性，適用于高溫環(huán)境，使用壽命長(zhǎng)。

    (4)關(guān)鍵件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使總的閥門(mén)啟閉次數(shù)可以達(dá)到1×106次以上。

    (5)該閥的控制系統(tǒng)采用非接觸式電磁舌簧開(kāi)關(guān)，不受環(huán)境條件限制，而且信號(hào)靈敏，準(zhǔn)確性高，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，氣動(dòng)控制和自動(dòng)控制，與設(shè)備配套時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。

    3結(jié)構(gòu)及工作原理

    3.1杠桿式啟閉結(jié)構(gòu)

    杠桿式啟閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)y關(guān)閉時(shí)，主軸與杠桿用錐銷(xiāo)緊固，繞o點(diǎn)按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，杠桿用帶孔銷(xiāo)帶動(dòng)蝶板ab，由壓縮彈簧推動(dòng)蝶板固定在杠桿的支點(diǎn)n上，隨主軸杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)迳隙薭與閥體密封面全接觸而達(dá)到密封。開(kāi)啟過(guò)程正好相反。在啟閉過(guò)程中，密封副間相對(duì)滑動(dòng)很小，減小相對(duì)磨損。在關(guān)閉狀態(tài)為軸向壓力密封，改變傳統(tǒng)的外力擠壓密封。

    3.2連桿增力式執(zhí)行機(jī)構(gòu)

    連桿增力式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，活塞在氣源壓力的作用下向右移動(dòng)，活塞桿帶動(dòng)力臂于箱體內(nèi)滑動(dòng)，連桿牽動(dòng)搖桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出扭矩。而連桿與搖桿長(zhǎng)度(h)相同，均等于箱體至輸出中心的距離。箱體槽壁承受側(cè)向推力f，分力p牽動(dòng)搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)力的分析可知：

    p=q/cosαα=sin-1(1-sinβ)

    m扭=phcos(90-α-β)=qhsin(α+β)/cos(α+β)

    由上式可知，β角減小，α角增大，m扭值隨之增加。當(dāng)β=0°、α=90°時(shí)(蝶閥處于關(guān)閉狀態(tài))，驅(qū)動(dòng)裝置輸出最大扭矩，而在啟閉過(guò)程中的扭矩較小。此特性在曲線(xiàn)上恰好包容了蝶閥操作扭矩曲線(xiàn)，滿(mǎn)足蝶閥在關(guān)閉或開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)所需的密封力矩。

    3.3平面密封結(jié)構(gòu)

    過(guò)去的氣動(dòng)蝶閥密封副一般采用球面密封，密封壓力是徑向擠壓作用力，其密封過(guò)盈量不能任意調(diào)整，密封性能取決于密封材料的過(guò)盈量，因此，設(shè)計(jì)中選擇密封材料及其過(guò)盈量就顯得十分重要。在工作中，特別是在分子篩預(yù)凈化流程中，切換閥工作在10～200℃范圍內(nèi)，采用橡膠密封圈時(shí)，橡膠的線(xiàn)性膨脹系數(shù)很大，受溫度變化影響大，過(guò)盈量很難準(zhǔn)確確定。如果過(guò)盈量大，不但增大摩擦力，而且時(shí)常出現(xiàn)“啃邊”和“翻舌”現(xiàn)象，使密封失效，過(guò)盈量小則出現(xiàn)泄漏。即使過(guò)盈量選擇合理，而這種閥門(mén)切換頻繁，在國(guó)際航空一飛速發(fā)展的形勢(shì)下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后還會(huì)因磨損而失效。假如采用非橡膠密封材料，據(jù)目前資料所知，它們的彈性變形很小，徑向密封過(guò)盈很難控制，制造相當(dāng)復(fù)雜，成本很高。同時(shí)對(duì)橡膠密封材料來(lái)說(shuō)，溫度的不斷變化，使橡膠密封圈因溫度疲勞破壞而造成過(guò)早老化，對(duì)于大型空分設(shè)備配備的大口徑氣動(dòng)蝶閥，更換密封圈就十分困難。

    新型密封氣動(dòng)蝶閥則采用金屬平面密封結(jié)構(gòu)，閥瓣作為非易損件采用不銹鋼堆焊硬質(zhì)合金，閥座密封環(huán)采用銅基合金或不銹鋼堆焊代鈷合金，它們具有很強(qiáng)的耐腐蝕和耐磨性，使用溫度范圍大，在-40～300℃之間可以長(zhǎng)期使用，因此，使用壽命比橡膠密封大得多。泵閥技術(shù)論壇http://pumpvip.com

    由于閥板的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用杠桿形式，當(dāng)閥板關(guān)閉后，閥板與閥座成為平面接觸密封，其后杠桿相當(dāng)于凸輪機(jī)構(gòu)，如果主軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，那么閥板向前繼續(xù)平移達(dá)到力的平衡，有工作介質(zhì)壓力時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)自密封，保證了密封可靠性。當(dāng)整個(gè)密封面磨損后，還具有自動(dòng)補(bǔ)償密封磨損量的特性，從而延長(zhǎng)了使用壽命。

    由于該閥門(mén)采用合理的結(jié)構(gòu)，其使用性能比國(guó)內(nèi)其它閥門(mén)好，已經(jīng)能夠取代國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品。來(lái)源：蘭泵論壇

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