连杆蝶阀阀板的优化设计

作 者： 王万庆 姚磊
摘 要： 介绍了连杆蝶阀的结构特点，从不同角度分析了传统结构阀板的不足，并对传统结构的阀板进行了优化设计，取得了较好的效果。
一、前言

     连杆蝶阀是蝶阀的一种结构形式，主要应用于冶金高炉热风炉系统的管道中，它具有体积小，重量轻，动作灵活，拆装方便等优点。因此，连杆蝶阀在热风炉系统的空气、煤气、烟气等介质管道中得到了广泛应用。

二、连杆蝶阀的结构特点

     连杆蝶阀的结构如图1所示，它主要由驱动装置、阀板、阀体、主轴、杆系等零部件组成。阀门的启闭是靠驱动装置驱动主轴带动杆系机构运动，从而实现阀板的打开和关闭。通过图1可以看出，无论阀门在开启还是关闭的时候，阀板及其连动部件始终是在介质的包围之中。当阀门关闭时，阀板要承受介质的所有压力，这样就会引起阀板的塑性变形，进而使其连动件引起变形；当阀门开启时，阀板又会受到介质的冲刷，以及介质流动所引起的阀板本身的振动，这样同样会加快连动部件的损坏，尤其是铰接处固体自润滑轴承的损坏。因此，连杆蝶阀阀板的寿命也就是连杆蝶阀的寿命。

三、连杆蝶阀阀板的结构分析

    根据连杆蝶阀阀板的结构特点，加工制造时一般不采用铸造结构，传统阀板主要采用焊接的形式，如图2所示，阀板上两立板采用钢板直接下料，大圆钢板下料后需要热压成形，压出一定弧度，然后与立板焊接，最后进行机加工。

     从工艺角度对此种结构的阀板进行分析，从图2中可以看出，阀板由三部分组成：立板、垫板、大圆钢板。如果采用此种结构的阀板，垫板和立板可以直接下料成形，而大圆钢板则需要工艺人员首先算出下料尺寸，然后再按要求的弧度做出压形胎具，用胎具将大圆钢板压制成形，最后与其他两件组对焊接。而主要问题就出在制造压形胎具这一步，通过图2可以看出，阀板中心部分为弧形，边缘是一平面，这就需要每做一个规格的阀门，就要做一种胎具，否则不能压出所需要的形状。这无形之中就增加了企业的制造成本。

     用有限元技术对这种结构进行分析，如图3所示是在DN1700连杆蝶阀传统结构阀板上加0.4MPa压力时的分析结果，可以看出整个阀板最大变形处在两立板上，此时发生的最大变形为1.69mm，这样会使与阀板相连的销轴和轴套受到很大的损坏。如图4所示是热风炉冷风管道的DN1700冷风阀的损坏情况（冷风管道压力为0.47MPa，温度为350℃），该阀门损坏原因是与阀板相连的销轴变弯，销轴处自润滑轴承被完全挤碎。

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四、阀板的优化设计

    通过上面从不同角度对阀板结构的分析，了解了传统阀板结构的不足之处，通过现场实践及用计算机的模拟分析，最后把阀板的结构改进为如图5结构。虽然只是对原来的结构作了很小的调整，但是这给加工制造带来很大的方便，对于一个系列的产品，可以将大圆钢板设计成一个弧度，这样只用一套胎具就可以满足设计要求。同样阀板的刚度和强度也都有很大的提高。图6是对改进后的DN1700连杆蝶阀阀板施加0.4MPa压力分析出来的结果（注：改进后的阀板大圆钢板、垫板、立板与传统阀板上各件的厚度相同）。阀板的最大位移仍然发生在立板这个框架上，但只有0.13mm的变形量，是传统结构阀板变形量的1/13。由于销轴与固体自润滑轴承之间有一定的的设计间隙，所以这样的变形量，不会影响阀门的正常使用。