一種自動清潔電站閘閥的設(shè)計

劉 浩

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

0 引言

閥門是一種常用的設(shè)備，其主要是用來控制流向、開閉管路、對輸送介質(zhì)參數(shù)進行調(diào)節(jié)和控制的管路附件[1]。閥門具有調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、分流、穩(wěn)壓等功能，在各個行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。閥門按照結(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。閥門在電站中有廣泛的應(yīng)用，是電站系統(tǒng)一個重要的流體控制設(shè)備，對各類管網(wǎng)系統(tǒng)的正常運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，長時間使用后，閘板上會出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，如果不及時清理結(jié)垢，將會影響閥板的密封性。另外，根據(jù)我國國情，大多數(shù)機組的主給水、主蒸汽等大型閥門不可能也不允許經(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)計思路

通過市場調(diào)研，筆者確定了以自動清潔型電站閘閥為研究開發(fā)對象，通過查閱國內(nèi)外有關(guān)電站閘閥的文獻和專利等，發(fā)現(xiàn)該類產(chǎn)品目前國內(nèi)研究尚少，屬于國內(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)(見圖1)的基礎(chǔ)上，設(shè)計總體分為通用結(jié)構(gòu)設(shè)計和專用結(jié)構(gòu)設(shè)計兩部分[3]。通過簡單且實用的機械結(jié)構(gòu)，最終實現(xiàn)自動清潔閥板和清潔刷的功能，可達到預(yù)期目的。自動清潔功能在閥門的整體性能上起著至關(guān)重要的作用，因此在設(shè)計過程中采用先進的CAE技術(shù)，對自動清潔型電站閘閥進行分析和試驗研究，采用CAE分析后，需要結(jié)合正交試驗確定分析的合理性[4]。最后進行樣品試制，設(shè)計過程技術(shù)路線圖如圖2所示。

圖2 設(shè)計過程技術(shù)路線圖

2 自動清潔電站閘閥的整體設(shè)計

根據(jù)目前市場上傳統(tǒng)電站閘閥存在的缺點，本產(chǎn)品的設(shè)計遵循原則：具有自動清潔功能、維修保養(yǎng)成本低、可延長使用壽命、機械結(jié)構(gòu)相對簡單。本文開發(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)計清潔刷，當(dāng)閥板上下運動時，清潔刷對閥板面的污垢進行刷洗，從而達到自動清潔閥板的效果[5]。另外，通過設(shè)計彈性桿敲打刷毛，使刷毛上的結(jié)垢可以順利脫落，并得到及時清理。

2.1 基本結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1.1 通用結(jié)構(gòu)設(shè)計

該電站閘閥與傳統(tǒng)電站閘閥整體結(jié)構(gòu)類似，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 專用結(jié)構(gòu)設(shè)計

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)置有一對位于閥桿兩側(cè)的滑槽，滑槽內(nèi)滑動連接有滑塊，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，一對支撐桿的下端均鉸接有一對清潔桿，兩對清潔桿圍繞閥板，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。專用部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4所示。

圖4 專用部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2 主要功能設(shè)計

2.2.1 自動清潔閥板功能

通過采用上述技術(shù)方案，當(dāng)閥板向下運動時，由于閥板呈錐型，清潔桿上的清潔刷始終抵觸閥板外壁，同時清潔刷對閥板表面的污垢進行刷洗，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，達到了自動清理閥板結(jié)垢的效果。

2.2.2 自動清理清潔刷功能

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)置有一對安裝桿，清潔桿上貫穿有一對供安裝桿穿設(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)有多個彈性桿，彈性桿背離刷板的一端有橡膠套。在閥板上下運動過程中，刷毛抖動，可實現(xiàn)自動清理清潔刷功能。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

在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，兩對清潔桿首尾鉸接形成菱形閉環(huán)，閥板在向下運動過程中將菱形清潔桿撐開，清潔桿帶動支撐桿相互靠近，支撐桿帶動滑塊沿著滑槽內(nèi)壁滑動，并壓動彈簧壓縮；當(dāng)閥板向上運動時，彈簧彈開并驅(qū)動滑塊以及支撐桿反向運動，菱形清潔桿相互靠近復(fù)位。因此，閥板上下運動時，清潔刷始終抵觸閥板，對閥板表面的污垢進行刷洗，避免閥板表面出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，實現(xiàn)自動清理閥板結(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

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

4 結(jié)語

本文設(shè)計的自動清潔型電站閘閥設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單且合理。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)清潔桿以及自動敲打刷毛的彈簧桿結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了自動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其使用壽命，具有重要的推廣意義。