張壽彪

摘 要：連桿蝶閥優(yōu)良的性能使之廣泛應用于冶金、石化、化工、電力等行業(yè)，通過對連桿蝶閥驅(qū)動力矩進行分析計算，得出驅(qū)動力矩計算式，根據(jù)理論計算更為合理地選擇驅(qū)動裝置，將更充分地發(fā)揮其經(jīng)濟價值。

關(guān)鍵詞：連桿蝶閥；四連桿機構(gòu)；驅(qū)動力矩

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、動作靈活、密封性好[1]、密封副之間沒有相對滑動等優(yōu)點[2]，主要應用于冶金、石化、化工、電力等行業(yè)。在冶金行業(yè)，連桿蝶閥被廣泛應用于煉鐵熱風爐系統(tǒng)中。

連桿蝶閥屬于蝶閥的一種結(jié)構(gòu)形式，它的驅(qū)動方式主要為液壓驅(qū)動和電動驅(qū)動兩種。合理選擇驅(qū)動裝置可以確保閥門最好的使用性能和經(jīng)濟性能，驅(qū)動裝置選擇時最根本的一點就是驅(qū)動力矩的選擇，這里通過分析計算得出連桿蝶閥的驅(qū)動力矩理論值，并依此確定驅(qū)動力矩。

1? ? 結(jié)構(gòu)特點和工作原理

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

閥門的啟閉是靠驅(qū)動裝置驅(qū)動閥軸帶動由閥板、主動桿、連板、固定板組成的四連桿機構(gòu)運動實現(xiàn)的。閥軸旋轉(zhuǎn)使閥板開啟，當閥板與管道中心線平行時，閥門處于全開狀態(tài)；閥軸反方向旋轉(zhuǎn)使閥板關(guān)閉，當閥板與閥體的封面平行接觸直至壓緊密封面，達到閥門的密封要求時，閥板完全關(guān)閉[1]。

2? ? 連桿蝶閥驅(qū)動力矩計算

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；對于密封型蝶閥，最大力矩產(chǎn)生在開啟時[2-3]，因此這里對開啟時力矩進行計算。對于連桿蝶閥，其開啟過程最大驅(qū)動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? ? 偏心力矩計算

如圖2所示，以閥板為研究對象進行受力分析。

列力學平衡方程如下：

ΣMA=0， GLG-FB LB=0

解得：

FB=GLG/LB

式中：ΣMA為各力對A點取矩， 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A點力臂，m；LG為閥板自重對A點力臂，m。

然后按圖3a所示，以閥板和主動桿（不含閥軸）為研究對象進行受力分析。

列力學平衡方程如下：

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O點力臂，m；eG為閥板自重對O點力臂，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算[4]

如圖3b所示，以閥板和主動桿（含閥軸）為研究對象進行受力分析。

列力學平衡方程如下：

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)，鋼對鋼時，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，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)動力矩，從而合理地選擇驅(qū)動裝置。

3? ? 結(jié)束語

連桿蝶閥具有開關(guān)速度快，制造成本低，開啟位置準確和占用空間小的特點，而且連桿蝶閥具備完整的平面密封和相對可靠的密封性能，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使之在很多場合都得到了很好的應用，合理地選擇連桿閥的驅(qū)動力矩能夠在合理使用的前提下更加充分地發(fā)揮其經(jīng)濟價值。

參考文獻

[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，馬學東.連桿蝶閥的流場分析[J].機械工程師，2011（7）：71-72.

[3]? ? 趙文輝.四桿機構(gòu)蝶閥的設(shè)計與應用[J].甘肅農(nóng)業(yè)，2014（2）：65-66.

[4]? ? 成大先.機械設(shè)計手冊（第3卷）[M].第五版.北京：化學工業(yè)出版社，2011.