連桿蝶閥驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算

張壽彪

摘 要：連桿蝶閥優(yōu)良的性能使之廣泛應(yīng)用于冶金、石化、化工、電力等行業(yè)，通過對(duì)連桿蝶閥驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行分析計(jì)算，得出驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算式，根據(jù)理論計(jì)算更為合理地選擇驅(qū)動(dòng)裝置，將更充分地發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：連桿蝶閥；四連桿機(jī)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)力矩

THE DRIVING TORQUE CALCULATION OF THE LINKBUTTERFLY VALVE

Zhang Shoubiao1，2

（1. Hebei Province Technology Innovation Center of Metallurgical Equipments? ? Qinhuangdao? ? 066318， China；

2. Qinhuangdao Qinye Heavy Industry Co.， Ltd.? ? ?Qinhuangdao? ? 066318， China）

Abstract：The excellent performance of link butterfly valve makes it widely used in metallurgy， petrochemical， chemical， electric power and other industries. Through the analysis and calculation of the driving torque of link butterfly valve， the calculation formula of driving torque is obtained. According to the theoretical calculation， a more reasonable choice of driving device will give full play to its economic value.

Key words：link butterfly valve; four bar linkage; driving torque

0? ? 前? ? 言

連桿蝶閥作為一種切斷蝶閥，其具有啟閉迅速、體積小、重量輕、動(dòng)作靈活、密封性好[1]、密封副之間沒有相對(duì)滑動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)[2]，主要應(yīng)用于冶金、石化、化工、電力等行業(yè)。在冶金行業(yè)，連桿蝶閥被廣泛應(yīng)用于煉鐵熱風(fēng)爐系統(tǒng)中。

連桿蝶閥屬于蝶閥的一種結(jié)構(gòu)形式，它的驅(qū)動(dòng)方式主要為液壓驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)兩種。合理選擇驅(qū)動(dòng)裝置可以確保閥門最好的使用性能和經(jīng)濟(jì)性能，驅(qū)動(dòng)裝置選擇時(shí)最根本的一點(diǎn)就是驅(qū)動(dòng)力矩的選擇，這里通過分析計(jì)算得出連桿蝶閥的驅(qū)動(dòng)力矩理論值，并依此確定驅(qū)動(dòng)力矩。

1? ? 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理

連桿蝶閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由閥體、閥板、主動(dòng)桿、連板、固定板、軸端密封組、閥軸、驅(qū)動(dòng)裝置等部件組成。

閥門的啟閉是靠驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)閥軸帶動(dòng)由閥板、主動(dòng)桿、連板、固定板組成的四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。閥軸旋轉(zhuǎn)使閥板開啟，當(dāng)閥板與管道中心線平行時(shí)，閥門處于全開狀態(tài)；閥軸反方向旋轉(zhuǎn)使閥板關(guān)閉，當(dāng)閥板與閥體的封面平行接觸直至壓緊密封面，達(dá)到閥門的密封要求時(shí)，閥板完全關(guān)閉[1]。

2? ? 連桿蝶閥驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算

在冶金行業(yè)，連桿蝶閥工作介質(zhì)為煤氣或空氣，根據(jù)連桿蝶閥在實(shí)際工作中受力情況分析知：連桿蝶閥各鉸軸間的摩擦力矩在總力矩中所占比例很小，故此忽略不計(jì)；對(duì)于密封型蝶閥，最大力矩產(chǎn)生在開啟時(shí)[2-3]，因此這里對(duì)開啟時(shí)力矩進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于連桿蝶閥，其開啟過程最大驅(qū)動(dòng)力矩主要包括偏心力矩、閥軸與軸承之間的摩擦力矩、閥軸與填料之間的摩擦力矩，列式如下：

∑M=MP+MZT+2MT

式中：MP 為偏心力矩，N·m；MZT為閥軸與軸承之間的摩擦力矩，N·m；MT 為閥軸與填料之間的摩擦力矩（單側(cè)），N·m。

2.1? ? 偏心力矩計(jì)算

如圖2所示，以閥板為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析。

列力學(xué)平衡方程如下：

ΣMA=0， GLG-FB LB=0

解得：

FB=GLG/LB

式中：ΣMA為各力對(duì)A點(diǎn)取矩， N·m；G為閥板自重，N；FB為鉸鏈B處作用力，N；LB為鉸鏈B處作用力對(duì)A點(diǎn)力臂，m；LG為閥板自重對(duì)A點(diǎn)力臂，m。

然后按圖3a所示，以閥板和主動(dòng)桿（不含閥軸）為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析。

列力學(xué)平衡方程如下：

ΣMO=0，? MP-FJ eJ-FB LOE+GeG=0

解得： MP=FJ eJ+FB LOE-GeG

其中，F(xiàn)J=πD2 P/4

式中：FJ為介質(zhì)力，N；eJ為介質(zhì)力力臂，m；D為閥門通徑，m；P為介質(zhì)壓力，MPa；LOE為鉸鏈B處作用力對(duì)O點(diǎn)力臂，m；eG為閥板自重對(duì)O點(diǎn)力臂，m。

由上面各式得到：

πD2 PeJ? ? ? ?GLG LOE

MP=———— + ———— -GeG

4? ? ? ? ? ? ? ? ? LB

2.2 閥軸與軸承之間的摩擦力矩計(jì)算[4]

如圖3b所示，以閥板和主動(dòng)桿（含閥軸）為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析。

列力學(xué)平衡方程如下：

ΣFX=0， FOX-FJ-FB? cosα=0

ΣFY=0， FOY-G-GZ-FB sinα=0

解得：

FOX=FJ+FB? cosα

FOY=G+GZ+FB sinα

因此，閥軸與軸承之間的摩擦力矩為：

MZT=μR√FOX2+FOY2 ）

式中：GZ為閥軸自重，N；μ為閥軸與軸承之間的摩擦因數(shù)，鋼對(duì)鋼時(shí)，μ=0.15；R為閥軸半徑，m。

2.3? ? 閥軸與填料之間的摩擦力矩（單側(cè)）計(jì)算[4]

MT=FTR

FT=20 000πRHqλ

式中：FT為一側(cè)填料產(chǎn)生的摩擦力，N；H為填料高度，cm；q為填料的側(cè)壓力，MPa；柔性石墨填料時(shí)，q=3.5；λ為填料與閥軸之間的摩擦因數(shù)， λ=0.08～0.25；。

解得，MT=70 000πHλR2

由上述算式可得到連桿蝶閥的驅(qū)動(dòng)力矩，從而合理地選擇驅(qū)動(dòng)裝置。

3? ? 結(jié)束語

連桿蝶閥具有開關(guān)速度快，制造成本低，開啟位置準(zhǔn)確和占用空間小的特點(diǎn)，而且連桿蝶閥具備完整的平面密封和相對(duì)可靠的密封性能，并且能夠根據(jù)不同的工況選用不同的密封材料等[3]。連桿蝶閥的這些特點(diǎn)使之在很多場(chǎng)合都得到了很好的應(yīng)用，合理地選擇連桿閥的驅(qū)動(dòng)力矩能夠在合理使用的前提下更加充分地發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]? ? 倪建通.四連桿蝶閥桿系的分析[J].冶金設(shè)備，2011（8）：74-76.

[2]? ? 邢衛(wèi)平，崔兵兵，馬學(xué)東.連桿蝶閥的流場(chǎng)分析[J].機(jī)械工程師，2011（7）：71-72.

[3]? ? 趙文輝.四桿機(jī)構(gòu)蝶閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].甘肅農(nóng)業(yè)，2014（2）：65-66.

[4]? ? 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第3卷）[M].第五版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.