1 方案設計依據(jù)和原則

1.1 方案設計依據(jù)

   氣動快關蝶閥主要由蝶閥和氣動執(zhí)行器兩部分組成，用于控制管路的通斷。氣動快關蝶閥系統(tǒng)樣機研制任務根據(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 方案設計原則

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)品的基礎上盡量避免進行過多的改動或變動以提高產(chǎn)品的可靠性。產(chǎn)品設計時充分考慮人機適應性，避免人為操作失誤，而影響產(chǎn)品的可靠性。來提高人對產(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，把安全性設計放在設備設計的更重要位置。應確保單一失效或操作失誤不對產(chǎn)品造成重大的危險。

1.2.3 “四化”原則

    在實際設計中充公落實模塊化、系列化、標準化、通用化的設計思路。最大限度地采用標準件，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、標準化的零部件、元器件，減少外購件和標準件種類規(guī)格，降低研制成本。

2 主要設計指標

   任務書規(guī)定的快速響應蝶閥系統(tǒng)是0.5S快速關閉蝶閥。具體參數(shù)要求見表1（暫定）、表中所列打開關閉時間指氣動控制時的打開關閉時間。

表1快速關閉蝶閥系統(tǒng)參數(shù)

   在方案研制過程中，對快速響應蝶閥系統(tǒng)開展了方案設計，對方案的可行性進行了認證，完成了產(chǎn)品的市場調(diào)研、閥門和執(zhí)行器選型、復核驗算等工作。為初階段樣品的方案選擇、研制、生產(chǎn)提供情報了依據(jù)。

3 主要技術(shù)途徑

3.1 閥門系統(tǒng)方案設計

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、蝶閥適應癥較強，可用于大口徑的管路。

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

蝶閥主要應用于大口徑、流阻損失要求不高、需要快速動作等場合，比較接近快速響應閥門的參數(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 特殊的設計驗算

用三維軟件進行整體結(jié)構(gòu)設計，設計后對各個零部件采用分析軟件進行靜力分析，分析出各零件的應力、應變、位移、變形并形成報告。進行整體裝配，采用CFD流體分析軟件進行動態(tài)工況仿真模擬，進行動力分析，分析出各零件的應力、應變、位移、變形并形成報告。和計算結(jié)果進行比較，來保證設計的產(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、氣動、液動三種。電動輸出力矩穩(wěn)定，信號反應時間快，價格便宜，在大扭矩場合容易發(fā)生電機過載燒壞的情況，用于大口徑蝶閥時開啟關閉時間大于30s且很難縮短；液壓傳動機構(gòu)輸出力矩大，傳動平穩(wěn)、開啟關閉迅速、外形尺寸龐大，維護、維修困難，價格高；氣動機構(gòu)打開關閉迅速、外形相對較小，維護方便，環(huán)境污染小。

氣動執(zhí)行器分為單作用氣缸和雙作用氣缸兩種，單作用氣缸開關過程中，只有一個活塞受力，其所需氣源壓力高、輸出扭矩相對較小。雙作用氣缸開關過程中，兩邊活塞共同承受氣體作用完成開關動作，所需氣源壓力低、輸出扭矩相對大。（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格高。

表4   不同驅(qū)動方式的執(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)快速響應蝶閥系統(tǒng)的特殊要求，快速響應蝶閥系統(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試驗驗證

4.1 試驗驗證

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

4.1.5 試驗介質(zhì)

用于閥門壓力試驗加壓的液體。

4.1.6 試驗介質(zhì)溫度

用于閥門壓力試驗加壓的液體的溫度，溫度應在5～40℃范圍內(nèi)。

4.1.7 試驗持續(xù)時間
在試驗壓力下所持續(xù)的時間。

4.1.8 試驗項目
4.1.8.1壓力試驗的項目包括：
4.1.8.1.1. 殼體試驗；
4.1.8.1.2. 密封試驗。

4.1.9 試驗要求
4.1.9.1 每臺閥門出廠前均應進行壓力試驗。
4.1.9.2 在殼體試驗完成之前，不允許對閥門涂漆或使用其它防止?jié)B漏的涂層，   但允許進行無密封作用的化學防銹處理。對于已涂過漆的庫存閥門，如果用戶代表要求重做壓力試驗時，則不需除去涂層。
4.1.9.3 密封試驗之前，應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劑。
4.1.9.4 試驗過程中不應使閥門受到可能影響試驗結(jié)果的外力。
4.1.10 如無特殊規(guī)定，試驗介質(zhì)的溫度應在5～40℃之間。
4.1.11試驗介質(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 在作試驗時，應排除閥門體腔內(nèi)的氣體。
4.1.12.1 試驗壓力應符合規(guī)定。
4.1.1.1 殼體試驗的試驗壓力，試驗介質(zhì)為液體時，試驗壓力至少是閥門在20℃時允許最大工作壓力的1.5倍。具體數(shù)值見附表
4.1.1.2 密封試驗的試驗壓力，試驗介質(zhì)為液體時，試驗壓力至少是閥門在20℃時允許最大工作壓力的1.1倍。具體數(shù)值見附表
4.1.1.3試驗壓力在試驗持續(xù)時間內(nèi)應維持不變。
4.1.13 試驗的持續(xù)時間應符合規(guī)定。
4.1.1.1 殼體試驗的試驗持續(xù)時間見附表。
-13.1.2 密封試驗的試驗持續(xù)時間見附表。

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

封閉閥門的一端，關閉閥門的啟閉件，應按閥門箭頭的方向加壓，給閥體內(nèi)腔充入試驗介質(zhì)。試驗時應逐漸加壓到規(guī)定的試驗壓力，按要求保壓，然后檢查密封副的密封性能。
4.1.15 評定指標
-15.1.1 殼體試驗
   殼體試驗時，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
    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），并應無結(jié)構(gòu)損失。在試驗持續(xù)時間內(nèi)，試驗介質(zhì)通過密封副的最大允許泄漏量見附表。

1、SODEZK643H-25的氣動快速關閉蝶閥                               表10

5 工藝可實現(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。

6 總結(jié)

在市場現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎上，對蝶閥和執(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)等方面實行技術(shù)改進，提高蝶閥的強度、加快氣動執(zhí)行器的動作時間和增大其動作輸出扭矩，滿足氣動快關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，核反應堆等各個行業(yè)。

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