一種自動清潔電站閘閥的設計

劉 浩

(浙江機電職業技術學院，浙江 杭州 310059)

0 引言

閥門是一種常用的設備，其主要是用來控制流向、開閉管路、對輸送介質參數進行調節和控制的管路附件[1]。閥門具有調節、導流、分流、穩壓等功能，在各個行業中有著廣泛的應用。閥門按照結構分為閘閥、截止閥、球閥、旋塞閥等；按特殊用途分為排污閥、放空閥、排氣閥等。閥門在電站中有廣泛的應用，是電站系統一個重要的流體控制設備，對各類管網系統的正常運行均有著直接的影響。

由于電站閘閥通常應用在高溫、高壓的管路中，長時間使用后，閘板上會出現結垢現象，如果不及時清理結垢，將會影響閥板的密封性。另外，根據我國國情，大多數機組的主給水、主蒸汽等大型閥門不可能也不允許經常更換，維修精度要求也很高。因此，電站閘閥的清潔保養顯得十分重要，研究具有自清潔功能的電站閘閥具有重要的意義[2]。

1 設計思路

通過市場調研，筆者確定了以自動清潔型電站閘閥為研究開發對象，通過查閱國內外有關電站閘閥的文獻和專利等，發現該類產品目前國內研究尚少，屬于國內領先技術，可在一定程度上提高電站閘閥的工作能效，延長其使用壽命。

圖1 傳統的電站閘閥

在傳統電站閘閥結構(見圖1)的基礎上，設計總體分為通用結構設計和專用結構設計兩部分[3]。通過簡單且實用的機械結構，最終實現自動清潔閥板和清潔刷的功能，可達到預期目的。自動清潔功能在閥門的整體性能上起著至關重要的作用，因此在設計過程中采用先進的CAE技術，對自動清潔型電站閘閥進行分析和試驗研究，采用CAE分析后，需要結合正交試驗確定分析的合理性[4]。最后進行樣品試制，設計過程技術路線圖如圖2所示。

圖2 設計過程技術路線圖

2 自動清潔電站閘閥的整體設計

根據目前市場上傳統電站閘閥存在的缺點，本產品的設計遵循原則：具有自動清潔功能、維修保養成本低、可延長使用壽命、機械結構相對簡單。本文開發的這款電站閘閥，在傳統電站閘閥的基礎上，在其閥板外壁設計清潔刷，當閥板上下運動時，清潔刷對閥板面的污垢進行刷洗，從而達到自動清潔閥板的效果[5]。另外，通過設計彈性桿敲打刷毛，使刷毛上的結垢可以順利脫落，并得到及時清理。

2.1 基本結構設計

2.1.1 通用結構設計

該電站閘閥與傳統電站閘閥整體結構類似，通用部分主要包括閥體、設置于閥體上的閥蓋，閥體內設置有閥板，閥板上豎直設置有閥桿，閥桿穿設閥蓋后位于閥蓋外部，且閥桿螺紋連接于閥蓋[6]。通用部分結構如圖3所示。

圖3 通用部分的結構

2.1.2 專用結構設計

與傳統電站閘閥的不同之處在于：該電站閘閥的閥體頂壁水平設置有一對位于閥桿兩側的滑槽，滑槽內滑動連接有滑塊，滑塊相互靠近的一側與滑槽的側壁之間均設置有彈簧，滑塊的下端面豎直設置有支撐桿，一對支撐桿的下端均鉸接有一對清潔桿，兩對清潔桿圍繞閥板，且首尾相接形成閉環，清潔桿相互靠近的一側內壁還設置有抵觸閥板外壁的清潔刷。專用部分的結構設計如圖4所示。

圖4 專用部分的結構設計

2.2 主要功能設計

2.2.1 自動清潔閥板功能

通過采用上述技術方案，當閥板向下運動時，由于閥板呈錐型，清潔桿上的清潔刷始終抵觸閥板外壁，同時清潔刷對閥板表面的污垢進行刷洗，提高閥板表面的整潔程度，避免閥板表面出現結垢現象，達到了自動清理閥板結垢的效果。

2.2.2 自動清理清潔刷功能

該電站閘閥清潔刷包括刷板以及刷板側壁的刷毛，刷板背離刷毛的一側設置有一對安裝桿，清潔桿上貫穿有一對供安裝桿穿設的安裝孔，安裝桿上螺紋連接有壓緊清潔桿外壁的螺母。刷板靠近刷毛的一側有多個彈性桿，彈性桿背離刷板的一端有橡膠套。在閥板上下運動過程中，刷毛抖動，可實現自動清理清潔刷功能。清潔刷結構如圖5所示。

圖5 清潔刷結構

3 關鍵技術分析

3.1 可變形復位菱形清潔桿結構設計

在產品結構中，兩對清潔桿首尾鉸接形成菱形閉環，閥板在向下運動過程中將菱形清潔桿撐開，清潔桿帶動支撐桿相互靠近，支撐桿帶動滑塊沿著滑槽內壁滑動，并壓動彈簧壓縮；當閥板向上運動時，彈簧彈開并驅動滑塊以及支撐桿反向運動，菱形清潔桿相互靠近復位。因此，閥板上下運動時，清潔刷始終抵觸閥板，對閥板表面的污垢進行刷洗，避免閥板表面出現結垢現象，實現自動清理閥板結垢的功能，保證了閥板的密封效果。

3.2 彈性桿結構設計

與清潔桿連接的刷板上設計有多個彈性桿，當閥板向下運動并將清潔桿撐開，閥板壓動彈性桿發生彈性形變；當閥板向上運動并完全脫離整個清潔刷后，彈性桿復位，此時利用彈性桿自身的彈力敲打刷毛，使刷毛發生抖動，進而使刷毛上的結垢順利脫落，并隨介質一起流動，從而實現自動清潔刷毛的功能，延長了清潔刷的使用壽命。

4 結語

本文設計的自動清潔型電站閘閥設計結構簡單且合理。在傳統電站閘閥結構的基礎上，增加了可變形復位的菱形結構清潔桿以及自動敲打刷毛的彈簧桿結構，實現了自動清理閥板以及清潔刷的功能，可提升電站閘閥的功效和延長其使用壽命，具有重要的推廣意義。