弓形蝶板的蝶阀.pdf

年第期 弓形 蝶板的蝶 阀 福建莆田发电设备研究所岳兆智 摘要 由于采用了新的结构设计观点 , 使弓形碟 阀的水力性能 、 机械性能及工艺性能子方面均 有较大提高 , 重量减轻 , 费用降低 。 叙词蛛阀蛛板电站用阀 一 、 蝶板 蝶 板是蝶 阀的主 要部件 , 在 全关时起 阻断 流体作用 , 因而要承受被阻断流体的全部 压力 , 必须有足够的机械性能 。 在全开时 , 蝶板又处于 流场之 中 , 因而 要求 有尽可能 低 的水力损失 系 数和尽 可能 大的过流面积 。 目前小 型蝶 阀中用得较 多的有单平板 蝶 板 和球冠形 蝶板图 , 这两种蝶板结构比较 简单轻便 , 但单平板蝶板机械性能较差 , 球冠形 蝶 板阻水 面积较大 , 因此 在应用中受到 一 定的 限制 。 在大 中型蝶阀中最常用的是 一 系列的双平板蝶 板图 。 蝶板下部大平板 呈圆盘形 , 在阀门全关 时位于阀轴的下游侧 , 通 常与阀体的法兰内侧组 成有效的全 圆周密封 , 可实现无泄漏 。 蝶板上部小平板形状 不同 , 通过 两轴头及若干斜筋板与大平板组成受力体 , 承 受蝶板 关闭时的水压 。 双平板蝶板由于两平板 距离可以较大限度地拉 开 , 两平板 间可以过流 , 因而机械性能 及水 力性能均 优于上述各种形状 蝶板 。 从外观看 , 双平板 蝶板呈梯形 。 福建省水东 电站万水轮发 电机组配 套的 中 蝶阀采用 了新 式的弓形 蝶 板图 。 根据不 同的使用要求及工艺要求 , 弓形蝶板 的弧板可 由同一类型和 几何参数的曲面 组成 , 也可 由不 同类型 不同几何参数 的曲面组 成 , 还 可由平面与曲面组成 , 但弧板不管由何种形式 组成 , 其 内外弧面均平行于平板 。 因为 弓形蝶阀 全开时 , 其蝶板的弧 板 、 筋板和平板的两个 主表 面均顺 着水流的流线 , 因而 弓形 蝶阀的蝶板 阻 水面积及水阻力系数均很小 , 水力性能更好 。 二 、 弓形蝶板性能分析 由于 蝶板结构中静态稳定性是 次要的间 题 , 因此只讨论在蝶阀的工况条件下弓形蝶板 , , 尸尸 一一 入入入 图小型蝶阀常用的蝶板结构 单平板蝶板球冠形媒板 一 年第期 一 七七七 刹刹刹 , , , 丈丈丈 ’等长。 据图可知 , 平板变形弹力 尸对 , ‘ 终点的 弯矩 。 ‘‘ 小于对终点的弯矩 ,, 。 同 理 , 单位力弯矩 。‘ ‘ 也小于 。, 。 因而 , 在 相应的积分路线 ’及丽 内 , 都有积分因子 ,‘。‘,。 在积分区间内 , 两被积函数均为单调连续 函数 , 故有 丁 、一‘ ,‘。 , ‘“ 丁 。 “ 。“ ,“ 对于丽 , 有对 , 一 期 , 对 。 , 对于 月 , 有材 ‘, 期 , 材 。 , 故有 。 , 一“,“,“ 二 ‘, 。“ ,“ 图 大平板 双平板形蝶板 小平板斜筋阀杆 根据莫尔定理 , 。 一 兴〔 、 , , 。 。 ,, 仁 , , , 、 。 ‘建,〕 乙九 小 口,一一 , 叫 , 一 ,甘甘 队队队 。, 一 兴毛 。 , 。 , , 二 。 , ,己, 乙 ,打 个 , ,‘ 。 ‘ 〕 图弓形蝶板 平板弧板筋板阀杆 与双平板蝶板的动态稳定性 。 图为省去腹 内 筋板的双平板蝶板与等强 度等跨度 、 等高 及等截面弓形蝶板在蝶阀全 关时 的受力简 图 , 图为图 吸所示各构件的内外 力系简图 。 取 梯形结构和 弓形结构的右半侧为研 究对象 , 作 成计算简图 , 用以比较在底部平 板变形弹力 的作用下 , 折线 召端 点 的位 移 。 与弓弧 产户、 尸门、 尸、 端的位移九 ’ 的大小 。 先在 召上 取 厂与 丽等长 , 由于 。 召长小于折线 从 , 因而万召长 小 于丽 。 以为端点 , 在 ‘ 上取 ,‘ , 在丽上取 , 与 可知 , 介 ’ , 。 也就是说 , 在同等的力学条件 、 、 刀 、 下 , 弓形结 构的变形比梯形 结构的小 , 即 在蝶板底部平面受水压作用的工况 条件下 , 弓形 结构 蝶 板比梯 形结构蝶 板 的动态稳定性 好 。 三 、 弓形蝶板的变形互补性 在蝶板设计中 , 如何使阀杆 在工作 中始终 保持一定的同轴度是 很重要的 , 弓形蝶板 的结 构特点 为实现这一目标提供了有利的 条件 。 图 为腹内加筋板的双平板蝶板与弓形蝶板的受 图蝶阀全关时蝶 板的受力简图 梯形蝶板弓形蝶 板 一 年第期 。少丁砚万 了厂 一 一巴聚鹭 尸 任理理吩 ’ 图蝶板各构件的内外力系简图 梯形蝶板弓形媒 板 门门门 图蝶板受力简图 双平板螺板弓形裸板 图研究对象 力简图 。 图为双平板蝶板大小平板 的 力系及 变形 简 图 。 从图中可以看到 , 在外力及两 支座反 力的作 用下 , 大平板 发生向下的弯 曲 变形 。 同时 , 蝶 板 内部 发生反抗 变形作用 , 主要 是小平板通过 两端轴头及腹内筋 板对大平板作 用以内力 、 , 、 ⋯⋯ ,一 , 、 尸 , 等 。 内力的作用总 是 力图削弱外力作用的变形 效 应 , 但 不 能 完 全 克服变形 。 因此 , 大平板最终是下凸弯曲变形 。 再看图小平板的受 力情况 , 小平板的力 系是 内部构件轴头及筋板等作用的纯 内 力 系 。 在大 平 板受 水压而 下凸弯曲变形 时 , 中 间部分 筋板将发生拉伸变形 , 受拉 力作用 。 两端轴头有 部分边侧筋板将发生压缩变形 , 受压力作用 。 在 这样的 , 内力 系作用下 , 小平板也必然发生下凸 弯曲变形 。 在大 小平板的夹持下 , 蝶板两端的阀杆必 然向上翘起 , 轴线也 发生下凸弯 曲变形图 。 为使蝶 板两端阀杆保持一定的同轴度 , 只能设 法提高蝶板整体刚度 。 , 而中洲一 ’ “一 ’ 图双平板的力系及变形简图 大平板小平板 图阀杆变形 图为 弓形蝶板平板的受力及变形简图 。 外力有水压及两支座反力 , 内力有弧 板两 端的反力及筋板的反 力 , 、 ⋯ ⋯ 。 与双平 板蝶板的大平板一样 , 弓形蝶板平板的变形 也 是下凸弯曲变形 。 弧板的变形 则比较复杂 , 基本 、 一 年第期一 一 变形有两种 图 。 同小平 板一样 , 弧板的力 系为纯内力系 , 除轴头作用的反 力 尸 , 及 尸 , 合力 为压力外 , 所有筋板作用的反力 皆为拉 力 , 作用 力的数量及性质也更为简单 。 问题在于 , 弧板本 身是一上凸的曲面 , 当平板发生主变形时 , 跨度 必然缩 小 , 在平板的带 动下 , 弧板跨度如果随 着缩小 , 弧板的曲率就要增 大 , 即更向上凸起 , 其结果是筋板被拉长 。 如果筋板 的拉 伸变形量 小于平板相应部位的挠度 , 弧板就可能被拉平 , 曲率减小 , 两端往外撑出 , 跨度 乙 将不是缩 小 , 而是增大 。 因此弧板的变形 趋向以及变形 程度 在相当程度上取决于 筋板 。 合理选择筋板 的刚 度 , 就可以调节弧板与平板 之 间的相互变形 , 使 蝶板两端 阀杆的同轴度不受其 他部分变形的 咭咭 、、、、 一一一 一 图弓形蝶 板平板的受 力及变形 年 ’⋯” 。 ’ 险二二剑 图 日 弓形蝶板弧板的受力及变形 跨度缩小跨度增大 影响 这就是 弓形蝶板 的变形互补性 , 是其他蝶 板所不具备的 。 因此 , 设计弓形蝶板时 , 可以只 从强度方面考虑确定弧板和平板的结构 , 再从 刚度方面考虑确定筋板的尺寸 。 四 、 弓形蝶板的特点 强度高 由于弧板可以最大 限度地贴 近阀体内壁 , 从而可以最大限度地拉开弧板顶部与平板间的 距离 , 这 样 , 在 两板截面 积 之 和为定值的情况 下 , 弓形蝶板 的截面惯性矩就可以大 于双平板 阀 。 另外 , 弧板无折点 , 且截面几何形状沿弧线 变化均匀 , 因而既无应力集中现象 , 又便于等强 度设计 。 弧板与平板连成一体 阀杆在两板结合 部 , 与筋板 一样起 到 加强 作用 , 结构 整体性好 , 对于阀杆头部的受力有好处 。 工艺性好 与双平板 蝶板比较 , 阀杆头部铸件形状简 单 , 腹 内筋板数成倍减少 , 筋板与两板的结点简 单 , 构件表面基本成平行关系 , 因而既便于整体 铸造 , 又便于采用铸焊结构 。 弧板的直曲面易于 卷制 。 焊缝简 单 , 焊缝总 量比双平板阀减少 一 , 两 板 间空 间也较 大 , 既便于施焊 , 又便于探伤 , 焊接质量更有保证 。 重量轻 在同等强度条件下 , 蝶板重量显著减轻 , 因 为采用弓形蝶板后 , 蝶板 曾 、 高度提高了 , 因而有 可能削薄两板厚度 。 弓形蝶板的筋板减少 , 且筋 板不存在压应 力状态 , 无 压杆稳定问题 , 厚度可 减薄 。 阀杆头部的铸件也可缩小 。 如 巾 蝶 阀 , 由双平板蝶板改为 弓形蝶板后 , 机械性能提 高 , 重量减少“ 吨 。 水力性能好 由于筋 板数目减少及钢板厚 度减薄 , 在蝶 阀全开状 态下 , 蝶板的阻水面积减小 , 因而蝶阀 的有效过流面积较大 , 水力损失降低 , 水力性 能 更优于包括双平板阀在 内的其 他各类蝶板 。 五 、 结语 采用 弓形蝶板的 必 蝶阀 , 年月 投入运 行 , 性能 良好 , 可以满足工况使用要求 , 关闭时无泄漏 。 新型弓形蝶板的蝶阀专利号为 。