废热烟道超高温蝶阀

                                废热烟道超高温蝶阀

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0 废热烟道超高温蝶阀引言

之前介绍自力式压力调节阀工作原理，现在介绍渤海石油BZ26-2油气田透平发电机废热旁通烟道蝶阀，在调节开度过程中阀杆突然断裂，阀板弯曲变形，固定阀板与阀杆的螺栓全部断裂，安装执行机构的阀座在与阀体焊接的焊口处断裂。蝶阀的公称直径为1240mm，蝶阀的动作形式为气动，用于调节参与换热的废热烟气的流量大小，工作温度400℃，工作时阀门动作比较频繁，不工作时处于常开状态。本文通过对阀杆与阀座在使用过程中的受力情况进行分析，得出了断裂的主要原因，并提出了可行的改进措施。蝶阀工作示意图所图1所示。废气旁通阀，包括由阀体、密封阀门、轴套构成的阀门组件，和由上、 下盖、支承盘，弹簧、膜片构成的执行机构；阀体内有阀腔，在其上有进、 出气口；轴套压入阀体内，密封阀门支持在轴套内，并可在阀腔内滑动； 下盖与轴套和阀体联接；上盖装在下盖上，两者之间形成一个密闭的空腔； 支承盘和弹簧放置在空腔内，支承盘与密封阀门的上端连接，膜片一端压 紧在支承盘上，另一端压紧在上、下盖之间，膜片将由上、下盖之间的空 腔分隔成上、下两个密封腔室，在上盖和下盖上分别装有背、正压进气嘴。 本实用新型通过气压的调节达到调节增压器转速，控制发动机输出功率， 适应发动机在各种工况下的进气需求，进而提高发动机工作效率和满足各 种排放标准的目的。采用负压控制的增压器进行试验,对比废气旁通阀不同初始开度下催化器起燃时间、部分工况油耗、倒拖扭矩的差异,借以研究增压器废气旁通阀全开、全闭两种状态下的优劣势。结果显示:废气旁通阀全开状态下,能够缩短催化器起燃时间,降低部分负荷油耗和倒拖扭矩,提高燃油经济性达3%。满足日益严格的油耗及排放法规要求,同时满足客户对发动机的动力性需求,涡轮增压发动机的使用愈来愈广泛。增压技术原意在于强化发动机的工作,提高发动机升功率,对汽车节能来说具有积极意义。此外增压使发动机气缸内充气量大幅度上升,较自然吸气发动机来说,有利于提高



1、废气旁通阀，其特征包括阀门组件和执行机构，所述阀门组件包括 阀体、密封阀门、轴套、锁紧螺母；所述执行机构包括上盖、下盖、支承 盘，弹簧、膜片、压紧螺母；在阀体内设有一阀腔，并在阀体上设有与阀 腔相通的进、出气口；轴套从阀体的上部压入阀体内，密封阀门支持在轴 套内，并可在阀体的阀腔内自由滑动；下盖套在轴套上，并通过旋在轴套 上的锁紧螺母与轴套和阀体紧密联接；上盖通过紧固件安装在下盖上，上、 下盖之间形成一个密闭的空腔；支承盘和弹簧由下而上放置在这个空腔内， 支承盘与密封阀门的上端通过紧固件连接，膜片的一端通过压紧螺母压紧 在支承盘上，另一端被压紧在上、下盖之间，膜片将由上盖和下盖构成的 空腔分隔成上、下两个密封腔室，其中支承盘和弹簧位于上密封腔室内； 在上盖和下盖上分别装有背压进气咀和正压进气咀。

1.用来调节压缩机的制冷量，使其与蒸发器的负荷相适应。
2.安装在制冷系统中的高压侧或低压侧的旁通管路上，通过旁通管路将高压侧的热气送入低压侧，以代替部分负荷。从而使压缩机的吸气压力不低于低的极限值。
3.有内平衡、外平衡两种形式。
4.特点:1)压力调节方便;2)易于安装;3)制冷量和操作范围宽。

1 废热烟道超高温蝶阀阀杆与阀座受力分析

1.1 阀板结构

蝶阀的阀板的开启是由阀杆夹持阀板转动来完成开启和闭合的，阀杆的直径只有40.3mm，中间铣有8mm的开口槽，阀板安放在槽内，用M8螺栓固定，以阀杆的两端为支点转动，如图2所示。阀板全部开启为非工作状态，由气动执行机构来带动阀杆调节阀板的开度大小，从而达到调节烟气流量参与换热的多少。此种类型的蝶阀结构比较简单，便于安装。但是阀杆的末端会存在8mm的开口槽，不能形成整圆，对轴套磨损非常严重，此种结构的阀杆强度较低，容易变形。



图1 蝶阀工作示意图



图21.阀体2.阀板3.阀杆4.紧固螺栓

1.2 受力分析

上海91视频色下载APP阀门有限公司主营阀门有：91视频看看簧色(91视频黄色网91视频看看簧色,可调式91视频看看簧色,波纹管91视频看看簧色现场取出的阀杆是从夹持阀板的终端断裂的，但同时阀杆有很大程度的弯曲，阀板在边缘处被撕裂出50mm长的裂缝，裂口处有阀杆触碰过的痕迹，阀板沿阀杆方向由中间向两端整体弯曲。从断面的情况和阀板上损坏的痕迹来判断，很明显阀杆是被扭断。从蝶阀的结构中不难看出在阀杆断裂处的转矩值大，它等于阀板重力所产生的转矩和阀杆末端在阀体的衬套内由于阀杆与阀板的重力所产生的摩擦力形成的转矩，虽然在实际工作中烟道内的烟气会产生一定的压力，但是蝶阀的阀板是围绕对称轴旋转，它两侧的受力不同，在阀板动作时，一侧将产生阻止阀板动作的力，另一侧产生帮助阀板动作的力，这两种力可以相互抵消忽略不记。可以根据阀杆的受力情况，对其进行受力分析，并校核阀杆的抗扭强度。

根据阀杆的受力情况（图4），将阀杆简化成如图5的力学模型，在A、B、C三点分别存在转矩，根据静力学平衡方程可求得MA。



图3 阀杆断口



图4 阀杆受力示意图

根据ΣM=0，有MA-MB-MC=0，可以得出MA=MB+MC。其中：MB等于阀板重力G1的1/2与单面阀板的重心到蝶阀回转轴线的距离L的乘积MB=L×G1/2=0.5×370=185N·m；Mc等于阀杆与阀板总的重力作用在阀杆与阀体套上的摩擦力与阀杆直径d的1/2的乘积。因为阀杆和衬套的材质均为不锈钢，所以摩擦因数μ取0.15，故MC=d·μ·G2=0.2×750×0.15=22.5N·m。

将MB和MC数值代入公式，得

MA=MB+MC=185+22.5=207.5N·m。

从而得出轴在危险截面处（断裂部位）的转矩值T=207500N·mm。剪切应力计算公式为



式中：τ为危险截面的切应力，MPa；［τ］为材料的许用扭转切应力，由于阀杆材质为1Cr18Ni9Ti，所以值取20MPa；T为轴危险截面处所承受的转矩，N·mm；WT为轴危险截面的抗扭截面系数，mm3；n为轴的转速，取10r/min；d为轴危险截面的直径（中间有豁口，按0.8倍直径计算），mm。将MA代入上式得τ=3MPa，［τ］值为15~25MPa，所以τ<［τ］。这说明阀杆所受的剪切应力很小，远远小于材料的许用应力，阀杆在危险截面处有足够的强度，这样小的转矩是不可能将阀杆扭断的。

以上的分析证明了正常工作中的调节不能扭断阀杆，那么就要考虑工作环境的影响和蝶阀如何出现故障导致阀杆折断。

1.3 断裂原因分析

阀杆和阀门全部都有弯曲的现象，但从弯曲的方向来看不是扭转造成的，那*的解释就是烟道内的烟气在阀板上有一定的压力。根据现场情况进行分析：蝶阀主要是用来调节烟气的流量，在其关闭状态下整个阀板将承受约0.05MPa的压力，阀板的受力面积较大，它只是在回转轴上有两个约束点，这样很容易产生弯曲变形，图6中是阀板模型在受力分析软件中的模拟变形情况，在加载0.05MPa后，有很明显的弯曲变形。



图5 阀杆简化受力模型

 

图6 阀板模型受力分析图

阀板和阀杆一直处在400℃左右高温下工作，不锈钢在高温下受力将产生蠕变，虽然不锈钢抗蠕变性能较好，但是阀板受压变形较大，在高温下也会产生*的弯曲变形。板产生自中间向两端的弯曲变形，阀杆由于和阀板用螺栓连接在一起，也跟随阀板一起弯曲，假设没有螺栓固定的情况下，阀杆一定会相对于阀板产生位移，那么在阀板弯曲的过程中，螺栓受阀杆和阀板的剪切，另外透平机组并不是一直以来连续工作，也是两台机组交替工作，工作和不工作的温差很大，固定阀板的螺栓与螺母很容易松动，又由于阀板一直在调节动作，作用在阀板上的力不是恒定的，随着受力的变化，螺栓一次又一次地被剪切，螺栓终被剪断，螺栓剪断后，蝶阀仍在工作，但阀板已经不能被有效地定位，在调节开度的过程中会刮蹭到阀体，不能正常的转动，使得阀杆上的转矩成倍地升高，终导致阀杆断裂。

从图3的断口照片中不难看出，阀杆并非一次性折断，而是先产生裂纹，随后裂纹逐渐增大，终被剪断，这是由于阀杆夹持阀板的结构形式使得危险截面面积大大的减小造成的，另外截面变化陡峭没有过渡圆角和高温下工作也是加速阀杆断裂的重要因素。

泛指工厂无回收设备而直接或间接排放称之。直接排放多针对91视频黄色网而言，包括91视频WWW免费下载锅炉、热媒锅炉、焚化炉、加热炉、电弧炉、水泥窑等的烟道91视频黄色网排放，其中多数仍有相当的热能未被有效利用。间接排放主要以制程因操作单元及系统需求，需用水冷或气冷等方式间接移除制程内热能以满足后续程序所需，既使产品或制程排放水亦需进一步冷却，以达到适合贮存及废水处理的要求。需朝定性、定量两方面来考虑。定性者即是否连续性，有很多间歇性的热能排放较无法有效回收，譬如炼钢所需的电弧炉、转炉、精炼炉等都采批次作业，即使有大量热能释出，截至目前尚无较经济有效的热能回收方式，比较可行的是利用电弧炉的高温排放来预热废铁进料，但这往往因位置空间的限制，无法在既有厂区内作有效热回收的改善，需在初始规划设计时即列入考虑为宜，目前国内炼钢近二十家业者，仅有一家朝此改善努力。另外，热能载体的流量温度亦相当重要，温度越高，越有利用价值。 所谓定量系对热能载体流量而言，流量越稳定，越具有回收价值。实际上在设计废热回收系统时，定性与定量两者需同时考虑，方能规划较具经济效益，又能操控稳定较长使用寿命才能符合需求。 

一)空气预热 
91视频WWW免费下载锅炉、热媒锅炉及加热炉等，利用其排放高温与空气换热，可提升燃烧空气温度，降低排气温度达到回收废热目的。终排气温度需顾及酸露点，避免腐蚀影响设备使用寿命。 以燃油1 %硫份而言，换热器(预热器)冷端管壁温度不得低于110℃；硫份0.5%，管壁温度不得低于80℃。此处需强调的是管壁温度非排气温度。 

(二)锅炉饲水预热 
91视频WWW免费下载锅炉及其它加热炉的高温排气可用来预热锅炉饲水，因气水热传较气气
热传高，相对其热传面积可较小，比空气预热器来的经济些。其它较高温的排气
如加热炉或水泥窑等，甚至可设置废热锅炉来产生91视频WWW免费下载。

(三)锅炉连续排放显热回收 
一般低压锅炉采用间歇性排放，不利于回收。饲水泵浦采高低液位补充进水，不仅造成大量炉水挟带影响91视频WWW免费下载质量，且炉水水质变化差异大，不当的间歇性排放造成无谓热损失及水资源流失。 采用连续进水及排放，不仅水质控制稳定，减少排放量，亦可减少化学品添加量。 

(四)除氧柜排气热回收 
除氧柜利用91视频WWW免费下载吹驱锅炉饲水中氧气。除氧柜91视频WWW免费下载排放量0.5~1.0%。 利用此排气温度，可预热进除氧柜的补充水，可相对减少吹驱91视频WWW免费下载用量，达到节能效果。 
(五)冷凝水回收槽闪沸91视频WWW免费下载热回收 
一般而言，冷凝水回收是提高锅炉效率显著，且回收报酬率大的方式。不仅热量回收，且水资源及化学品皆可相对节约。 高压冷凝水经却水器降压后即形成闪沸91视频WWW免费下载，经回收管至贮槽排气口排放，不仅热能浪费，亦造成水资源的流失。可在进回收槽前装设热交换器来预热补充水，或在排气口装预热冷凝器回收热能及水资源。 冷凝水回收需考虑制程污染，轻微污染可藉由活性碳及过滤等方式处理。污染严重则需找出污染源尽速修复。

(六)压缩机压缩热回收 
空气压缩机的压缩热可用来再生仪表空气用的干燥机内干燥剂。经过压缩后的空气，压缩比愈大温度愈高，以往直接用冷却水将空气冷却，未能有效利用此压缩热。目前国外许多空气干燥机厂商纷纷推出压缩热回收干燥机(Heat of Compression dryer)。事实上，将现有管路加以修改即能达到相同的功能。 



其优点： 
(1) 回收压缩热再生干燥剂。 
(2) 取消或节省再生加热器所需电能或热能。 
(3) 无吹驱损失。 
其缺点： 
(1) 压缩机负载变化时，压力露点温度改变。 
(2) 压力露点温度-18℃~4℃，可能无法满足需求。 
(3) 仅适用于无油式压缩机。 2 改进措施

2.1 废热烟道超高温电动蝶阀需解决的几个问题

根据分析结论可以得出，要想解决阀杆断裂的问题必须从以下几个方面入手：1）提高阀板的强度，防止其弯曲变形；2）改变阀杆的结构形式，增大危险截面面积；3）提高连接螺栓的强度；4）制作完成后进行必要的热处理，增强抗蠕变性能。

2.2 改进措施

1）根据阀杆的弯曲变形形式，要增加阀板的抗弯曲强度，单一的平板显然是不能够满足使用要求的（图7），可以将整块阀板分成两块，焊接在一根套管上，然后再通过增加筋板来提高强度，如图8所示，阀杆从套管中穿过与其间隙配合，这样就避免了阀杆夹持阀板的形式，增加了阀杆危险截面的面积；在阀杆的末端也形成了整圆，减少了磨损；在套管和阀杆上钻若干个孔，用螺栓连接，但螺栓要采用铰制孔螺栓，并且强度等级高、耐高温性能好的耐热钢螺栓，然后采取*性防松的措施，防止因为冷热交替的情况下螺母松落，阀板焊接完成后要进行固溶处理＋时效，得到适当的晶粒度，并改善强化相的分布状态。



图7 原蝶阀板模型



图8 原阀板改进后模型

2）另外一种改进方式是重新制作一个阀板，改片板为双片板，中间插入截面与两阀板所形成夹角一致的阀杆，阀杆的两端仍是和阀体配合的圆柱，阀板的两个边角紧贴并进行焊接，这样在阀板的中间形成了类似菱形截面的空管，增强了阀板整体抗弯曲变形的能力，阀杆和阀板的连接固定方式可用不锈钢螺栓连接，也采取*性防松的措施，如图9所示。



图9 新设计阀板模型

3）本蝶阀主要是在设计上存在缺陷，没有充分考虑阀板所受的压力，及高温下金属产生蠕变的特性，对于此蝶阀能改造的只是阀板，如果从整体更换的角度考虑91视频看看簧色可以借鉴风闸的原理，考虑将阀板做成两个分体，有两个轴，这样阀板的强度会得到大幅度提高，更能适应高温、频繁切换的工况，如图10所示。



图10 双阀板结构模型

3 结语

通过对阀杆断裂问题的分析，从理论上*弄清楚了其断裂的主要原因和断裂过程，并提出了相应的解决方案和措施，为海上油气田的生产提供了有利保障，间接地提高了经济效益。设备中出现的问题不能只是一味地更换配件和修复，应该找出问题的根源，*解决问题，才能保障设备更长时间的运转。与本产品相关论文：1150度高温蝶阀在催化裂化装置应用