一种新型密封结构套筒调节阀的设计

InternalCombustionEngine&Parts·7·一种新型密封结构套筒调节阀的设计曹小杰（吴忠仪表有限责任公司，吴忠751100）摘要院为了使平衡式套筒调节阀在高温下满足高的泄漏等级及提高密封圈的使用寿命，基于现有阀门的现场使用情况，对套筒调节阀的阀芯与套筒的密封结构进行了一定的改进设计。改进密封结构后，阀的泄漏等级得到了明显的改善。关键词院平衡阀；新型密封；该进；泄漏等级1概述随着石油、化工及煤化工等一些工业自动化控制系统的飞速发展，以上控制系统对控制阀的要求越来越高。同时，由于工业生产过程的大型化及精细化，对调节阀的性能也提出来更高的要求。目前控制调节阀常用于高压差、低噪音、低泄漏量及流量调节性能精确等场合。目前平衡式套筒调节阀已经得到了广泛的应用，为了更好地满足市场的需求提高阀门的泄漏等级，设计了一种新型密封结构的套筒调节阀。2压力平衡式套筒调节阀的结构特点压力平衡式套筒调节阀是在套筒调节阀的基础上开发出的一种适合高压差工况的阀门。阀门的流量调节窗口加工在平衡打孔阀芯上，介质流量及压力是通过平衡打孔阀芯的上下移动来实现调节的。调节阀的流量特性由阀芯窗口的形状确定，流量系数CV的大小是由阀芯窗口面积的大小和阀座内径的大小确定。阀座采用自对中无螺纹直压式，阀座上的30毅密封面与平衡阀芯30毅密封面配合形成切断密封副，保证了平衡阀芯压紧在阀座上时阀门的严密关断。平衡阀芯上对称分布的平衡孔使得阀芯上下腔室连通，样阀内介质作用在阀芯轴上的力会被大大削弱，介质在阀杆上产生的不平衡力也很小了。（整机结构见图I）1、密封填料部件；5、平衡阀芯部件；2、上阀盖；6、阀座；3、上套筒；7、阀体4、压板；要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要图要要1要整机结构图作者简介院曹小杰（1985-），男，山西原平人，助理工程师，研究方向为调节阀设计研发。3压力平衡式套筒调节阀设计过程3.1设计所遵循的标准调节阀设计检验依据标准GB/T4213-2008《气动调节阀》；阀体壁厚设计依据ASMEB16.34-2009；阀座泄漏试验依据ANSI/FCI70-2《控制阀门阀座泄漏》；阀门结构长度设计依据ASMEB16.10《阀门结构长度》；中法兰及上阀盖设计依据ASMEB16.34-2009《法兰、螺纹和焊接连接的阀门》。3.2阀体壁厚设计计算阀体壁厚可按第四强度理论进行计算：SB=已知：2.3[滓PDLN]-P+C用压力为PT—调节阀最大设计温度；N—调节阀公称压力（因阀体做整机水压试验时，D1.5倍公称压力，故计算阀体壁厚时，P=1.5PN）[滓N—阀体中腔最大内径；这SL]—温度为T时，阀体材料的许用拉应力；的裕量CB—考虑铸造偏差、—考虑腐蚀裕量后阀体的壁厚；（单位mm）。工艺性和介质腐蚀等因素而附加3.3执行机构推力计算执行机构推力：F———F=FY+FfFf———执行机构所需推力，填料摩擦力，N。N；FY———阀座所需的密封力，N；阀座密封力：dFY=仔伊dgCg填料摩擦力——————许用比压值取决于调节阀的泄漏等级阀座直径（mm）伊C；（N/m）DH———Ff=仔伊d伊h伊z伊P伊fZ———阀杆直径单圈填料高度（mm（）；mmP———填料圈数；）；值取f——————调节阀公称压力；0.08）摩擦系数。（石墨填料时f值取0.2；四氟填料时4压力平衡式套筒调节阀性能介绍套筒阀是以带平衡孔的阀芯为导向，阀芯在运动过程中，可以减少介质的不平衡力，同时对执行结构的输出力的要求也相应减小。压力平衡式套筒调节阀广泛应用于要求阀门动态稳定性好、噪音低、空化气蚀小、高压差等工况。f使；。·8·内燃机与配件内燃机缸压调整后活塞的优化设计张沛（中国重汽集团杭州发动机有限公司，杭州310000）摘要院内燃机是大多数机动交通工具动力的直接来源，其各方面的指标参数关系到整体性能的发挥。比如内燃机缸压，就是一个非常重要的指标参数，影响到内燃机的燃烧效率和转化效率。通常情况下，如果内燃机的缸压不合适可以进行必要的调整，但在调整缸压后，相应的其他部件的参数也需要随之做出调整。尤其是内燃机活塞，必然要受到缸压调整的影响，需要进一步优化设计。本文结合对某柴油内燃机的缸压调压试验，对活塞进行了优化设计，利用AT-Pistions软件对活塞优化调整过程中的性能进行了仿真分析，获得实验数据，最终得出结论。关键词院内燃机；缸压调整；活塞；优化设计0引言本研究是基于对某柴油机的缸压调整后发生的活塞缸孔及火力岸失效拉伤问题的研究，在该研究中，通过采用AT-Pistions仿真软件设计了活塞各组件的动力学模型，特别针对活塞发生的2阶机械运动做以深入研究，在研究中，对每个活塞的销孔发生偏心、裙部和头部线型方案优化做以细致的比对，进而得到更为优化的设计方案，采用此方案，可以有效解决整个活塞与缸套因拉伤发生失效的问题。具体来说，就是要在活塞承受的热负荷持续增大或者发生2阶机械运动的动作幅度持续增大时，要考虑适当调整火力岸在设计中的直径变化量，通过这样的措施，可以有效预防运转过程中缸套与火力岸的不必要接触问题。1试验情况及具体分析为了实现用户对更大输出功率的要求，某汽车生产公5压力平衡式套筒调节阀内密封介绍压力平衡式套筒调节阀比柱塞型单座调节阀多了一道内密封。压力平衡式套筒调节阀阀内密封主要有两个密封点：平衡阀芯与阀座之间的静密封；平衡阀芯与上套筒之间的动密封。为了防止平衡阀芯平衡孔中介质内漏，在平衡阀芯的与上套筒之间设立了一道密封，介质温度在-29~200益之间时，此道密封是在平衡阀芯上安装聚四氟乙烯平衡密封圈，当阀芯关断或运动时，平衡阀芯上的平衡密封圈密封面与上套筒之间形成了严密的切断，保证了上腔介质不能进入下腔。介质温度在200~530益之间时，聚四氟平衡密封圈不能满足此工况需求，此道密封活塞密封环来密封，由于活塞密封环采用金属密封，密封效果不是太理想，一般泄漏等级在ANSIB16.104郁以下还能勉强合格，当泄漏等级要求ANSIB16.104吁时活塞密封环密封结构就不能满足要求了，因此需对密封结构进行改进设计。6新型的上套筒密封结构基于现有上套筒密封结构的基础上，对高温活塞密封环结构进行了一定的优化设计。将现有的活塞金属密封环结构改进为楔形石墨密封环结构，此种密封结构有效克服了活塞环密封效果差的问题，由于楔形石墨密封环具有很好的密封形变量，因此此结构不仅提高了阀门的泄漏等级司对某型号四缸柴油发动机实施了升级改造，在实验室内完成了1000小时的耐久磨合实验，在实验的整个过程中，没有发现明显的异常问题，但当完成试验后执行拆机检查，可以看到柴油机的缸套及活塞火力岸都有明显的机械拉伤痕迹。进一步对发动机的性能进行测试，并对整个实验的结果做以深入分析，发现：该内燃机升级后因缸压发生变化，导致原有设计的活塞已经难以满足目前性能设计的需求。具体发生的机理是当燃油燃烧，爆发形成的巨大压力陡增后，活塞承受的热负荷显著增大，而导致活塞的头部热因受热其膨胀量也会相应变大，并且，缸压增大后，实际的活塞的摆动换向角度也对随之增大。此时，活塞在缸体的上止点区域，造成缸套与火力岸形成了直接的接触。并且，活塞销发生的偏置行为方式也会对燃烧中上止点区域的活塞产生的动态震动分力变化形态有非常明显的影响。由此可见，活塞的设计线型对于活塞2阶机械运要求，同时也解决了高温下平衡阀芯与上填料之间卡塞的现象。图2改进前后密封结构对照图7结论通过对平衡式套筒调节阀的设计及密封结构改进，有效提高了阀门的使用范围，拓展了阀门的应用市场，同时也给企业创造了一定的经济效益。参考文献院[1]沈阳阀门研究所.阀门设计[M].沈阳阀门研究所，1976.[2]杨源泉.阀门设计手册[M].机械工业出版社，1992.[3]吴国熙.调节阀使用于维修[M].化学工业出版社，1999.