劉 浩

(浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310059)

0 引言

閥門(mén)是一種常用的設(shè)備，其主要是用來(lái)控制流向、開(kāi)閉管路、對(duì)輸送介質(zhì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的管路附件[1]。閥門(mén)具有調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、分流、穩(wěn)壓等功能，在各個(gè)行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。閥門(mén)按照結(jié)構(gòu)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(mén)在電站中有廣泛的應(yīng)用，是電站系統(tǒng)一個(gè)重要的流體控制設(shè)備，對(duì)各類(lèi)管網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行均有著直接的影響。

由于電站閘閥通常應(yīng)用在高溫、高壓的管路中，長(zhǎng)時(shí)間使用后，閘板上會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，如果不及時(shí)清理結(jié)垢，將會(huì)影響閥板的密封性。另外，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，大多數(shù)機(jī)組的主給水、主蒸汽等大型閥門(mén)不可能也不允許經(jīng)常更換，維修精度要求也很高。因此，電站閘閥的清潔保養(yǎng)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(shè)計(jì)思路

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，筆者確定了以自動(dòng)清潔型電站閘閥為研究開(kāi)發(fā)對(duì)象，通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)電站閘閥的文獻(xiàn)和專(zhuān)利等，發(fā)現(xiàn)該類(lèi)產(chǎn)品目前國(guó)內(nèi)研究尚少，屬于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)，可在一定程度上提高電站閘閥的工作能效，延長(zhǎng)其使用壽命。

圖1 傳統(tǒng)的電站閘閥

在傳統(tǒng)電站閘閥結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)總體分為通用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和專(zhuān)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分[3]。通過(guò)簡(jiǎn)單且實(shí)用的機(jī)械結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清潔閥板和清潔刷的功能，可達(dá)到預(yù)期目的。自動(dòng)清潔功能在閥門(mén)的整體性能上起著至關(guān)重要的作用，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用先進(jìn)的CAE技術(shù)，對(duì)自動(dòng)清潔型電站閘閥進(jìn)行分析和試驗(yàn)研究，采用CAE分析后，需要結(jié)合正交試驗(yàn)確定分析的合理性[4]。最后進(jìn)行樣品試制，設(shè)計(jì)過(guò)程技術(shù)路線圖如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)過(guò)程技術(shù)路線圖

2 自動(dòng)清潔電站閘閥的整體設(shè)計(jì)

根據(jù)目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)電站閘閥存在的缺點(diǎn)，本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)遵循原則：具有自動(dòng)清潔功能、維修保養(yǎng)成本低、可延長(zhǎng)使用壽命、機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。本文開(kāi)發(fā)的這款電站閘閥，在傳統(tǒng)電站閘閥的基礎(chǔ)上，在其閥板外壁設(shè)計(jì)清潔刷，當(dāng)閥板上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，清潔刷對(duì)閥板面的污垢進(jìn)行刷洗，從而達(dá)到自動(dòng)清潔閥板的效果[5]。另外，通過(guò)設(shè)計(jì)彈性桿敲打刷毛，使刷毛上的結(jié)垢可以順利脫落，并得到及時(shí)清理。

2.1 基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1 通用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該電站閘閥與傳統(tǒng)電站閘閥整體結(jié)構(gòu)類(lèi)似，通用部分主要包括閥體、設(shè)置于閥體上的閥蓋，閥體內(nèi)設(shè)置有閥板，閥板上豎直設(shè)置有閥桿，閥桿穿設(shè)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(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 通用部分的結(jié)構(gòu)

2.1.2 專(zhuān)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)電站閘閥的不同之處在于：該電站閘閥的閥體頂壁水平設(shè)置有一對(duì)位于閥桿兩側(cè)的滑槽，滑槽內(nèi)滑動(dòng)連接有滑塊，滑塊相互靠近的一側(cè)與滑槽的側(cè)壁之間均設(shè)置有彈簧，滑塊的下端面豎直設(shè)置有支撐桿，一對(duì)支撐桿的下端均鉸接有一對(duì)清潔桿，兩對(duì)清潔桿圍繞閥板，且首尾相接形成閉環(huán)，清潔桿相互靠近的一側(cè)內(nèi)壁還設(shè)置有抵觸閥板外壁的清潔刷。專(zhuān)用部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 專(zhuān)用部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2 主要功能設(shè)計(jì)

2.2.1 自動(dòng)清潔閥板功能

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，當(dāng)閥板向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)清潔刷對(duì)閥板表面的污垢進(jìn)行刷洗，提高閥板表面的整潔程度，避免閥板表面出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，達(dá)到了自動(dòng)清理閥板結(jié)垢的效果。

2.2.2 自動(dòng)清理清潔刷功能

該電站閘閥清潔刷包括刷板以及刷板側(cè)壁的刷毛，刷板背離刷毛的一側(cè)設(shè)置有一對(duì)安裝桿，清潔桿上貫穿有一對(duì)供安裝桿穿設(shè)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(cè)有多個(gè)彈性桿，彈性桿背離刷板的一端有橡膠套。在閥板上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，刷毛抖動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清理清潔刷功能。清潔刷結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 清潔刷結(jié)構(gòu)

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 可變形復(fù)位菱形清潔桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，兩對(duì)清潔桿首尾鉸接形成菱形閉環(huán)，閥板在向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將菱形清潔桿撐開(kāi)，清潔桿帶動(dòng)支撐桿相互靠近，支撐桿帶動(dòng)滑塊沿著滑槽內(nèi)壁滑動(dòng)，并壓動(dòng)彈簧壓縮；當(dāng)閥板向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧彈開(kāi)并驅(qū)動(dòng)滑塊以及支撐桿反向運(yùn)動(dòng)，菱形清潔桿相互靠近復(fù)位。因此，閥板上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，清潔刷始終抵觸閥板，對(duì)閥板表面的污垢進(jìn)行刷洗，避免閥板表面出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清理閥板結(jié)垢的功能，保證了閥板的密封效果。

3.2 彈性桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

與清潔桿連接的刷板上設(shè)計(jì)有多個(gè)彈性桿，當(dāng)閥板向下運(yùn)動(dòng)并將清潔桿撐開(kāi)，閥板壓動(dòng)彈性桿發(fā)生彈性形變；當(dāng)閥板向上運(yùn)動(dòng)并完全脫離整個(gè)清潔刷后，彈性桿復(fù)位，此時(shí)利用彈性桿自身的彈力敲打刷毛，使刷毛發(fā)生抖動(dòng)，進(jìn)而使刷毛上的結(jié)垢順利脫落，并隨介質(zhì)一起流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清潔刷毛的功能，延長(zhǎng)了清潔刷的使用壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)清潔型電站閘閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且合理。在傳統(tǒng)電站閘閥結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了可變形復(fù)位的菱形結(jié)構(gòu)清潔桿以及自動(dòng)敲打刷毛的彈簧桿結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(zhǎng)其使用壽命，具有重要的推廣意義。