壓力調(diào)節(jié)閥機(jī)械密封改造

　　壓力調(diào)節(jié)閥機(jī)械密封改造壓力調(diào)節(jié)閥門(mén)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(shí)，泵出入口壓差一定，閥關(guān)閉。當(dāng)泵出口管線(xiàn)堵塞或其他原因造成出口管路系統(tǒng)壓力升高時(shí)，泵出口壓力會(huì)超出泵的出口設(shè)計(jì)壓力，導(dǎo)致泵出入口壓差增大不能正常工作時(shí)，閥打開(kāi)，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(shí)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(shí)K面打開(kāi)，介質(zhì)通過(guò)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(wèn)題
 
　　①壓力控制閥的品種多，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(guò)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(lèi)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。
 
　　②壓力控制閥的可靠性差。壓力控制閥在出廠時(shí)的特性與運(yùn)行一段時(shí)間后的特性有很大差異，例如，泄漏量增加、噪聲增大、閥門(mén)復(fù)現(xiàn)性變差等，給穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)困難。
 
　?、蹓毫刂崎y笨重，給控制閥的運(yùn)輸、安裝、.維護(hù)帶來(lái)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(tái)DN200的控制閥重達(dá)700kg，運(yùn)輸、安裝和維護(hù)都需要?jiǎng)佑靡恍C(jī)械設(shè)備才能完成，給控制閥的應(yīng)用帶來(lái)不便。
 
　　④壓力控制閥的流量特性與工業(yè)過(guò)程被控對(duì)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(shí)確定，但工業(yè)過(guò)程被控對(duì)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(duì)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(guò)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(guó)的重視。
 
　　⑥壓力控制閥是耗能設(shè)備，在能源越來(lái)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(shí)對(duì)閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了針對(duì)性的設(shè)計(jì)。
 
　　(1)該閥失效表現(xiàn)為泵無(wú)法正常保壓，泵振動(dòng)往往是閥失效的一個(gè)原因。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，泵運(yùn)行時(shí)泵體如振動(dòng)較大，若振動(dòng)頻率與彈性元件的固有頻率接近，則閥會(huì)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(guò)程兩端面接觸較好，但端面無(wú)法研磨(無(wú)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(shí)兩端面并無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(kāi)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(wú)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(zhǎng)，急需改造。

　　三、壓力調(diào)節(jié)閥機(jī)械密封改造閥的針對(duì)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(huì)減小，萬(wàn)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(tái)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?jī)蓚€(gè)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(dòng)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(jì)步驟及參數(shù)選擇
 
　　1.設(shè)計(jì)依據(jù)
 
　　(1)工況條件以公稱(chēng)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(jì)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(jì)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(mǎn)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(gè)閥體安裝過(guò)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(dòng)環(huán)之間大距離，設(shè)計(jì)時(shí)將范圍底限0.2MPa降至0，這樣并不影響整個(gè)閥的工作，而且組裝閥時(shí)也比較省力。
 
　　(4)基本結(jié)構(gòu)的確定
 
　　閥內(nèi)存在兩個(gè)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(jì)為可拆卸更換端面式為設(shè)計(jì)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(xiāo)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(dòng)性，使閥工作時(shí)兩端面間為柔性接觸，密封更可靠。
 
　　運(yùn)動(dòng)端面靠導(dǎo)向柱導(dǎo)向，導(dǎo)向柱和動(dòng)環(huán)之間用螺紋聯(lián)接，維修時(shí)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(dòng)過(guò)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(shí)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(huì)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(jì)閥體不能大于原閥體，否則安裝時(shí)可能和泵外接管線(xiàn)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?xún)?nèi)。為減少介質(zhì)在端面附近沉積，端面附近設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)額定壓力調(diào)整范圍為0~813.5N。
 
　　(4)設(shè)計(jì)彈簧
 
　　長(zhǎng)度：總長(zhǎng)應(yīng)小于或等于閥內(nèi)彈簧空間才能使安裝時(shí)螺釘聯(lián)接省力，經(jīng)計(jì)算，L≤108mm。
 
　　大工作長(zhǎng)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(jì)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(shí)設(shè)定中徑D2=45mm
 
　?、龠x取材料和許用應(yīng)力
 
　　屬一類(lèi)彈簧，材料選用0Cr17Ni14Mo2，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表30.2-4查得τp=324MPa。
 
　　②求彈簧鋼絲直徑
 
　　按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》彈簧設(shè)計(jì)用公式(30.2-6)
 
　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》彈簧設(shè)計(jì)用圖30.2-4得C=7.4；
 
　?、矍笥行?shù)
 
　　按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》彈簧設(shè)計(jì)用公式30.2-5
 
　　按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》彈簧設(shè)計(jì)用公式30.2-5
 
　?、苡?jì)算其余尺寸參數(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(mǎn)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(mǎn)足5°~9°的要求，彈簧設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)，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(jiàn)圖2)就可控制整個(gè)閥的工作。
 
　　根據(jù)公式p=FS=Δlks得
 
　　由此計(jì)算各壓力范圍時(shí)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(zhǎng)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。