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蝶阀的动态操作力矩试验研究

来源: 上海阀门 时间: 2012-05-10 点击: 4,213

1.前言

蝶阀有体积较小、重量较轻。90°旋转即可快速启闭,操作简单,具有一定的流体控制特性。蝶阀处于完全开启位置时,通过该阀门所产生的压力降较小。因此蝶阀在低压给水、消防、暖通等管道应用量大。

蝶阀在启闭过程中,阀体与蝶板前端形成的开口形状以阀杆为中心,两侧形成完成不同的状态,一侧的蝶板前端顺流水方向而动,另一侧逆流水方向而动,蝶板的两侧流动状况完全不同,一侧阀体与蝶板形成似喷嘴形开口,另一侧类似节流孔形开口,喷嘴侧比节流侧流速快得多,而节流侧阀门下面会产生负压,虽然阀杆两边蝶板的受力面积相同,但因介质的流场分布在蝶板上会产生动水力矩。

蝶阀在启闭操作时,为操作阀门,需要加装驱动机构,如手柄(配定位机构)、涡轮蜗杆减箱、或气动、电动等装置。驱动装置不仅可以使蝶板具有开度调节,还应有白锁能力,使蝶板保持在任意位置上。驱动装置的选配设计时,不仅要考虑蝶板的静压载荷的操作力矩,还要充分考虑动水操作力矩对操作力矩的影响。

2.蝶阀的静态操作力矩

蝶阀内没有介质或静态压力时,蝶阀的操作力矩为阀杆轴承摩擦力矩、阀座与蝶板摩擦力所产生的力矩之和。因操作的最大值应在蝶阀开启和关闭的时刻。开启过程,操作力矩逐渐减小到某一定值;关闭过程,快到关闭时从某一定值迅速增大。不论蝶阀的尺寸如何,启闭方向的趋势是一致的。

我们进行DN50~DN300系列中线对称蝶阀静态启闭操作时力矩检测。其中DN200、DN300中线对称蝶阀静态启闭操作时力矩值见表1、表2。

表1 DN200中线对称蝶阀静态启闭操作力矩
从全开至全关 从全关至全开
蝶板位置 操作力矩Nm 操作力矩Nm 蝶板位置
0°→5° 29.6 43.2 0°→5°
5°→10° 11.3 10.4 5°→10°
10°→15° 7.7 7.7 10°→15°
15°→20° 7.8 7.3 15°→20°
20°→25° 7.7 7.3 20°→25°
25°→30° 7.5 7.2 25°→30°
30°→35° 7.6 7.0 30°→35°
35°→40° 7.5 7.3 35°→40°
40°→45° 7.6 7.1 40°→45°
45°→50° 7.8 7.1 45°→50°
50°→55° 7.7 7.1 50°→55°
55°→60° 7.7 7.2 55°→60°
60°→65° 7.8 7.2 60°→65°
65°→70° 7.7 7.2 65°→70°
70°→75° 7.9 7.3 70°→75°
75°→80° 7.8 7.4 75°→80°
80°→85° 7.7 7.3 80°→85°
85°→90° 7.8 6.9 85°→90°
表1 DN300中线对称蝶阀静态启闭操作力矩
从全开至全关 从全关至全开
蝶板位置 操作力矩Nm 操作力矩Nm 蝶板位置
0°→5° 91 86 0°→5°
5°→10° 65 70 5°→10°
10°→15° 31 32 10°→15°
15°→20° 26 29 15°→20°
20°→25° 25 28 20°→25°
25°→30° 25 28 25°→30°
30°→35° 25 28 30°→35°
35°→40° 25 28 35°→40°
40°→45° 25 28 40°→45°
45°→50° 24 28 45°→50°
50°→55° 24 28 50°→55°
55°→60° 24 28 55°→60°
60°→65° 24 28 60°→65°
65°→70° 24 27 65°→70°
70°→75° 24 27 70°→75°
75°→80° 24 27 75°→80°
80°→85° 24 27 80°→85°
85°→90° 24 26 85°→90°

3.蝶阀的动态操作力矩

3.1 动态流量时的操作力矩

蝶阀安装在管道上,有流动介质时,蝶板受到介质偏心力矩的作用,蝶阀的操作力矩与静态时不同,在某些开度会变大或减小。我们进行DN50~DN300系列中线对称蝶阀动态启闭操作时力矩检测,结果表明,阀门尺寸越大.,变化值越明显。其中DN200、DN300中线对称蝶阀动态启闭操作时力矩值见表3、表4。静态压力和动态流量下的中线对称蝶阀启闭操作时力矩曲线见图1、图2。

从表3的数据和图1的曲线看,DN200的蝶阀各开度位置的操作力矩未超过蝶阀启闭时刻的最大转矩;从表4的数据和2的曲线看,DN300的蝶阀某些开度位置的操作力矩未超过蝶阀启闭时刻的最大转矩。

表1 DN200中线对称蝶阀静态启闭操作力矩
水流量
(m3/h)
从全开至全关 从全关至全开
蝶板位置 操作力矩Nm 操作力矩Nm 蝶板位置
0 0°→5° 39.2 50.8 0°→5°
18.8 5°→10° 27.7 13.7 5°→10°
40.5 10°→15° 30.9 3.4 10°→15°
91.1 15°→20° 31.4 0.02 15°→20°
133.5 20°→25° 31.5 -0.05 20°→25°
198.6 25°→30° 32.7 -7.4 25°→30°
279.1 30°→35° 34.5 -7.3 30°→35°
365.9 35°→40° 33.6 -8.3 35°→40°
412.4 40°→45° 31.3 -9.7 40°→45°
443.6 45°→50° 31.0 -10.6 45°→50°
467.5 50°→55° 29.2 -10.4 50°→55°
482.6 55°→60° 25.8 -12.5 55°→60°
493.7 60°→65° 25.2 -8.9 60°→65°
500.6 65°→70° 23.4 -8.0 65°→70°
502.6 70°→75° 21.9 -6.9 70°→75°
507.3 75°→80° 15.7 -5.5 75°→80°
511.7 80°→85° 13.2 3.9 80°→85°
512.6 85°→90° 9.3 6.3 85°→90°
表1 DN300中线对称蝶阀静态启闭操作力矩
水流量
(m3/h)
从全开至全关 从全关至全开
蝶板位置 操作力矩Nm 操作力矩Nm 蝶板位置
0 0°→5° 192 170 0°→5°
35.8 5°→10° 225 96 5°→10°
78.6 10°→15° 256 45 10°→15°
135.0 15°→20° 255 21 15°→20°
208.4 20°→25° 257 -46 20°→25°
285.9 25°→30° 261 -45 25°→30°
336.5 30°→35° 218 -40 30°→35°
546.2 35°→40° 220 -35 35°→40°
846.5 40°→45° 207 -47 40°→45°
918.6 45°→50° 204 -56 45°→50°
978.6 50°→55° 197 -45 50°→55°
1032.0 55°→60° 176 -45 55°→60°
1094.6 60°→65° 165 -39 60°→65°
1142.6 65°→70° 154 -54 65°→70°
1145.8 70°→75° 132 24 70°→75°
1148.6 75°→80° 109 62 75°→80°
1152.3 80°→85° 96 73 80°→85°
1155.3 85°→90° 80 79 85°→90°

3.2 不同流速时的操作力矩

蝶阀在使用时,管道内不同流速介质对蝶板偏心力矩的作用是不同的,蝶阀的操作力矩在某些开度的趋势有变化,会出现增大或反向增加的力矩。我们进行DN50~DN300系列中线对称蝶阀动态启闭操作时力矩检测,阀门尺寸越大,变化值越明显。其中DN200中线对称蝶阀不同流速下启闭操作时力矩值见表5~表6。各流速下的曲线图见图3~图5。

表5 中线对称蝶阀不同流速时关向的操作力矩
蝶阀开度 全开时2m/s流速
操作扭矩Nm
全开时4m/s流速
操作扭矩Nm
全开时8m/s流速
操作扭矩Nm
90°→85° 13.6 7.2 2.9
85°→80° 11.5 7.1 -2.5
80°→75° 11.2 3.6 -7.2
75°→70° 8.6 4.3 -15.7
70°→65° 10.2 1.6 -16.7
65°→60° 10.7 0.50 -17.0
60°→55° 9.2 2.6 -17.3
55°→50° 9.7 3.4 -15.4
50°→45° 10.6 6.1 -15.1
45°→40° 10.2 13.1 -8.6
40°→35° 13.0 18.6 -3.4
35°→30° 15.7 22.9 9.5
30°→25° 17.8 26.5 11.1
25°→20° 24.2 40.3 27.5
20°→15° 28.6 46.8 37.1
15°→10° 43.5 49.3 49.6
10°→5° 82.5 100.8 102.1
5°→0° 105.7 107.6 109.6
表5 中线对称蝶阀不同流速时关向的操作力矩
蝶阀开度 全开时2m/s流速
操作扭矩Nm
全开时4m/s流速
操作扭矩Nm
全开时8m/s流速
操作扭矩Nm
85°→90° 14.5

9.6

19.7
80°→85° 15.7 11.3 38.8
75°→80° 15.9 19.2 43.3
70°→75° 16.1 17.3 46.8
65°→70° 17.3 21.5 61.2
60°→65° 18.6 28.2 65.1
55°→60° 19.7 28.3 64.6
50°→55° 20.3 33.7 71.3
45°→50° 20.1 35.7 72.6
40°→45° 23.6 37.4 72.4
35°→40° 30.7 45.3 67.3
30°→35° 37.3 47.6 62.4
25°→30° 40.3 43.7 62.6
20°→25° 44.5 45.6 54.3
15°→20° 37.6 41.6 49.2
10°→15° 42.4 43.7 51.3
5°→10° 51.6 55.3 59.6
0°→5° 104.3 105.9 107.3


4.结语

(1)蝶阀启闭操作力矩,受蝶阀密封结构、偏心角度、偏心量、阀杆与轴承的摩擦力、动水力矩等多个因素的影响;蝶阀的公称直径小时,动水力矩值不会超过蝶阀的静压载荷或干态的最大力矩,但蝶阀的公称尺寸到一定大小时,动水力矩值将超过蝶阀的静压载荷或干态的最大力矩,设计选配阀门驱动装置时,须考虑驱动装置的操作力矩和自锁机构的安全性能。

(2)因开度及阀门启闭方向不同其值各异,还有阀杆水平(卧式安装)的大口径偏心阀,蝶板的偏心力矩与动水力矩合成所产生的力矩更不容忽视;另外,阀门进口侧装置弯头时,形成偏流,力矩会有增加。这些都应在设计制造时要严格考虑的。

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