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壓力調(diào)節(jié)閥機(jī)械密封改造

2019年05月08日 09:53:59人氣:2053來源:上海申弘閥門有限公司

  壓力調(diào)節(jié)閥機(jī)械密封改造壓力調(diào)節(jié)閥門是裝在泵出口處的壓力調(diào)節(jié)裝置,是使泵正常工作的保護(hù)裝置,閥出口、入口分別聯(lián)接在泵入口、出口處。正常工作時,泵出入口壓差一定,閥關(guān)閉。當(dāng)泵出口管線堵塞或其他原因造成出口管路系統(tǒng)壓力升高時,泵出口壓力會超出泵的出口設(shè)計壓力,導(dǎo)致泵出入口壓差增大不能正常工作時,閥打開,使泵出口介質(zhì)返回入口,降低泵出口壓力,將壓差控制在允許范圍內(nèi),保證泵的正常工作。閥改造前工作示意圖如圖1所示,K面為閥工作面,靠調(diào)節(jié)A處大小調(diào)整彈簧壓力,正常工作時入口側(cè)壓力與彈簧力之和等于出口壓力。當(dāng)入口處壓力大于彈簧力和出口壓力之和時K面打開,介質(zhì)通過K面流入出口端,平衡兩側(cè)壓差。
 
  壓力控制閥應(yīng)用中存在的問題
 
 ?、賶毫刂崎y的品種多,規(guī)格多,參數(shù)多。壓力控制閥為適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的控制要求,例如溫度、壓力、介質(zhì)特性等,有近千種不同規(guī)格、不同類型的產(chǎn)品,使壓力控制閥的選型不方便、安裝應(yīng)用不方便、維護(hù)不方便、管理不方便。
 
 ?、趬毫刂崎y的可靠性差。壓力控制閥在出廠時的特性與運(yùn)行一段時間后的特性有很大差異,例如,泄漏量增加、噪聲增大、閥門復(fù)現(xiàn)性變差等,給穩(wěn)定運(yùn)行帶來困難。
 
 ?、蹓毫刂崎y笨重,給控制閥的運(yùn)輸、安裝、.維護(hù)帶來不便。通常,控制閥重量比一般的儀表重量要重幾倍到上百倍,例如,一臺DN200的控制閥重達(dá)700kg,運(yùn)輸、安裝和維護(hù)都需要動用一些機(jī)械設(shè)備才能完成,給控制閥的應(yīng)用帶來不便。
 
  ④壓力控制閥的流量特性與工業(yè)過程被控對象特性不匹配,造成控制系統(tǒng)品質(zhì)變差。壓力控制閥的理想流量特性已在產(chǎn)品出廠時確定,但工業(yè)過程被控對象特性各不相同,力口上壓降比變化,使控制閥工作流量特性不能與被控對象特性匹配,并使控制系統(tǒng)控制品質(zhì)變差。
 
 ?、輭毫刂崎y噪聲過大。工業(yè)應(yīng)用中,控制閥噪聲已成為工業(yè)設(shè)備的主要噪聲源,因此,降低控制閥噪聲成為當(dāng)前重要的研究課題,并得到各國的重視。
 
 ?、迚毫刂崎y是耗能設(shè)備,在能源越來越緊缺的當(dāng)前,更應(yīng)采用節(jié)能技術(shù),降低控制閥的能耗,提高能源的利用率。
  二、壓力調(diào)節(jié)閥機(jī)械密封改造調(diào)節(jié)閥失效原因分析
 
  原閥因結(jié)構(gòu)上的缺陷,使用周期較短,分析其失效原因主要有以下幾點(diǎn),同時對閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了針對性的設(shè)計。
 
  (1)該閥失效表現(xiàn)為泵無法正常保壓,泵振動往往是閥失效的一個原因。經(jīng)現(xiàn)場觀察,泵運(yùn)行時泵體如振動較大,若振動頻率與彈性元件的固有頻率接近,則閥會出現(xiàn)磨損式疲勞損傷,導(dǎo)致端面失效。
 
  (2)原閥端面為楔型端面,雖工作過程兩端面接觸較好,但端面無法研磨(無合適研磨器具進(jìn)行研磨)經(jīng)分析,該裝置為靜止兩端面接觸,工作時兩端面并無相對運(yùn)動,只需端面貼和好,保證平面度,就可以正常工作。故可將楔型端面改為可研磨的平端面。
 
  (3)經(jīng)分析為端面處失效,拆開后發(fā)現(xiàn)端面有傷痕,是泵內(nèi)雜質(zhì)在端面處壓傷端面。因原閥為整體閥,端面與閥體鑄造在一起,無法進(jìn)行部分更換,只好整體更換。維修成本太高,加工周期長,急需改造。
  三、壓力調(diào)節(jié)閥機(jī)械密封改造閥的針對性改造
 
  (1)將原楔型端面改為平端面,兩端面間接觸面積盡量減小,使雜質(zhì)壓在端面間的機(jī)會減小,萬一雜質(zhì)夾到端面間壓傷端面,可將端面卸下在一般密封研磨臺上進(jìn)行研磨,零件可修復(fù)再利用。
 
  (2)原閥體為整體閥,閥內(nèi)端面在閥中部靠后,維修極不方便,現(xiàn)改為閥體兩分式,將閥體端面夾在兩部分閥體中間,靠兩個密封圈與閥體連接,既保證了端面的防抽空,又使端面有一定的浮動性,可以更好的同另一端面配合,可取的一點(diǎn)是閥體密封端面可拆卸,可維修,可更換。
 
  (3)原閥體為鑄造件,為大批量生產(chǎn)的化生產(chǎn)方案,而小批量生產(chǎn),鑄造成本非常高,為降低成本,將原鑄造件改為焊接件,降低成本。
  四、壓力調(diào)節(jié)閥機(jī)械密封改造閥設(shè)計步驟及參數(shù)選擇
 
  1.設(shè)計依據(jù)
 
  (1)工況條件以公稱直徑為DN50mm的調(diào)節(jié)閥為例,額定調(diào)壓范圍0.2~0.8MPa,溫度:40℃。
 
  (2)原閥的設(shè)計理論。
 
  (3)力平衡原理。
 
  (4)改造閥的可維修性。
 
  (5)原閥的結(jié)構(gòu)。
  2.設(shè)計程序
 
  (1)根據(jù)該閥的工作原理及安裝方式,新改造的閥外形及工作原理同以前相似。
 
  (2)根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì),合理選用閥體材質(zhì),選用該材質(zhì)完滿足該閥的使用要求。
 
  (3)調(diào)壓范圍的確定
 
  原調(diào)壓范圍定為0.2~0.8MPa,為使整個閥體安裝過程中彈簧力不影響安裝,即彈簧自由狀態(tài)小于彈簧座與動環(huán)之間大距離,設(shè)計時將范圍底限0.2MPa降至0,這樣并不影響整個閥的工作,而且組裝閥時也比較省力。
 
  (4)基本結(jié)構(gòu)的確定
 
  閥內(nèi)存在兩個端面,閥本身有出口和入口接在泵上,閥本身使端面貼合的力由彈簧提供,彈簧力的調(diào)節(jié)由調(diào)整螺栓調(diào)節(jié)。
 
  以將該閥設(shè)計為可拆卸更換端面式為設(shè)計思路,將原整體閥改為兩部分,用螺栓聯(lián)接在一起,以定位銷定位,保證出入口兩法蘭平面度,閥兩部分結(jié)合處安裝閥內(nèi)端面,端面與閥體間安裝密封圈(材質(zhì)聚四氟乙烯),既可防止入口壓力高將端面壓出,又增加了端面的浮動性,使閥工作時兩端面間為柔性接觸,密封更可靠。
 
  運(yùn)動端面靠導(dǎo)向柱導(dǎo)向,導(dǎo)向柱和動環(huán)之間用螺紋聯(lián)接,維修時將導(dǎo)向柱卸下,可以直接研磨端面進(jìn)行修復(fù)。導(dǎo)向柱螺紋做成尖角,旋緊后以尖角鎖緊,防止泵振動過程中將導(dǎo)向柱振松。
 
  (5)端面位置的確定
 
  因本閥出入口位置已確定,法蘭位置一定要在兩口之間,才能保證端面在兩口之間,為使螺栓聯(lián)接方便,盡量把法蘭設(shè)在兩口中間,同時為了使彈簧有更大的使用空間,盡量把端面靠近入口。
  3.主要結(jié)構(gòu)的幾何尺寸確定及技術(shù)要求
 
  (1)端面寬度
 
  為使兩端面間接觸面積盡量減小,使雜質(zhì)壓在端面間的機(jī)會減小,又讓端面受壓強(qiáng)不至于太高,端面寬度取b=3mm。
 
  (2)端面尺寸
 
  確定根據(jù)原閥體外形尺寸大小,新設(shè)計閥體不能大于原閥體,否則安裝時可能和泵外接管線干涉,去掉閥體壁厚及法蘭空間,端面尺寸基本確定在φ58.5mm以內(nèi)。為減少介質(zhì)在端面附近沉積,端面附近設(shè)計成大倒角尺寸以減少介質(zhì)沉積,初步確定尺寸為φ36mm×φ30mm。
 
  (3)確定閥調(diào)壓范圍內(nèi)壓力調(diào)節(jié)范圍
 
  端面受壓面積:
 
  式中S--端面面積,單位為mm2;
 
  R--端面半徑,單位為mm。
 
  大彈簧力(閥受壓0.8MPa時端面應(yīng)受閉合力):
 
  F1=pS=0.8×1017=813.5N
 
  式中F1---大彈簧力,單位為N;
 
  p---閥體大壓力,單位為MPa。
 
  即該閥正常工作時額定壓力調(diào)整范圍為0~813.5N。
 
  (4)設(shè)計彈簧
 
  長度:總長應(yīng)小于或等于閥內(nèi)彈簧空間才能使安裝時螺釘聯(lián)接省力,經(jīng)計算,L≤108mm。
 
  大工作長度:f應(yīng)小于閥帽內(nèi)空間(去除兩端螺釘頭和螺母),經(jīng)計算,f≤33mm。
 
  外徑:整根彈簧應(yīng)能裝在閥體內(nèi),所以φ外<φ58.5,暫時設(shè)定中徑D2=45mm
 
 ?、龠x取材料和許用應(yīng)力
 
  屬一類彈簧,材料選用0Cr17Ni14Mo2,由《機(jī)械設(shè)計手冊》表30.2-4查得τp=324MPa。
 
 ?、谇髲椈射摻z直徑
 
  按《機(jī)械設(shè)計手冊》彈簧設(shè)計用公式(30.2-6)
 
  查《機(jī)械設(shè)計手冊》彈簧設(shè)計用圖30.2-4得C=7.4;
 
 ?、矍笥行?shù)
 
  按《機(jī)械設(shè)計手冊》彈簧設(shè)計用公式30.2-5
 
  按《機(jī)械設(shè)計手冊》彈簧設(shè)計用公式30.2-5
 
 ?、苡嬎闫溆喑叽鐓?shù)
 
  總?cè)?shù)n1=n+1.5=6
 
  大工作載荷下的變形量
 
  壓并載荷及壓并變形量根據(jù)彈簧工作區(qū)應(yīng)在全變形量20%~80%的條件,取f1=0.8fb,則
 
  表明f1滿足工作區(qū)的條件。
 
  壓并高度Hb=(n1-0.5)d=(6-0.5)×6=33mm
 
  自由高度H0=Hb+fb=33+33=66mm
 
  節(jié)距螺旋角γ=5.13°,滿足5°~9°的要求,彈簧設(shè)計完成。
 
  4.主要參數(shù)
 
  本閥主要工作原理是當(dāng)出入口介質(zhì)壓差與彈簧壓力之合力波動時,由彈簧控制端面間力大小,所以只要控制彈簧力合適,就可使閥正常工作。即只要控制A尺寸大小(見圖2)就可控制整個閥的工作。
 
  根據(jù)公式p=FS=Δlks得
 
  由此計算各壓力范圍時A尺寸大小,如圖3:
 
  按照此圖可直接使用本閥。
  五、壓力調(diào)節(jié)閥機(jī)械密封改造改造后的效果
 
  (1)因?qū)㈤y密封面由楔形面改成了平面,延長了運(yùn)行壽命,改造后此閥壽命一般都在10000h以上,大大超出原閥3200h的使用壽命。
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