壓力調節閥機械密封改造

　　壓力調節閥機械密封改造壓力調節閥門是裝在泵出口處的壓力調節裝置，是使泵正常工作的保護裝置，閥出口、入口分別聯接在泵入口、出口處。正常工作時，泵出入口壓差一定，閥關閉。當泵出口管線堵塞或其他原因造成出口管路系統壓力升高時，泵出口壓力會超出泵的出口設計壓力，導致泵出入口壓差增大不能正常工作時，閥打開，使泵出口介質返回入口，降低泵出口壓力，將壓差控制在允許范圍內，保證泵的正常工作。閥改造前工作示意圖如圖1所示，K面為閥工作面，靠調節A處大小調整彈簧壓力，正常工作時入口側壓力與彈簧力之和等于出口壓力。當入口處壓力大于彈簧力和出口壓力之和時K面打開，介質通過K面流入出口端，平衡兩側壓差。
 
　　壓力控制閥應用中存在的問題
 
　　①壓力控制閥的品種多，規格多，參數多。壓力控制閥為適應不同工業生產過程的控制要求，例如溫度、壓力、介質特性等，有近千種不同規格、不同類型的產品，使壓力控制閥的選型不方便、安裝應用不方便、維護不方便、管理不方便。
 
　　②壓力控制閥的可靠性差。壓力控制閥在出廠時的特性與運行一段時間后的特性有很大差異，例如，泄漏量增加、噪聲增大、閥門復現性變差等，給穩定運行帶來困難。
 
　　③壓力控制閥笨重，給控制閥的運輸、安裝、.維護帶來不便。通常，控制閥重量比一般的儀表重量要重幾倍到上百倍，例如，一臺DN200的控制閥重達700kg，運輸、安裝和維護都需要動用一些機械設備才能完成，給控制閥的應用帶來不便。
 
　　④壓力控制閥的流量特性與工業過程被控對象特性不匹配，造成控制系統品質變差。壓力控制閥的理想流量特性已在產品出廠時確定，但工業過程被控對象特性各不相同，力口上壓降比變化，使控制閥工作流量特性不能與被控對象特性匹配，并使控制系統控制品質變差。
 
　　⑤壓力控制閥噪聲過大。工業應用中，控制閥噪聲已成為工業設備的主要噪聲源，因此，降低控制閥噪聲成為當前重要的研究課題，并得到各國的重視。
 
　　⑥壓力控制閥是耗能設備，在能源越來越緊缺的當前，更應采用節能技術，降低控制閥的能耗，提高能源的利用率。

　　二、壓力調節閥機械密封改造調節閥失效原因分析
 
　　原閥因結構上的缺陷，使用周期較短，分析其失效原因主要有以下幾點，同時對閥結構進行了針對性的設計。
 
　　(1)該閥失效表現為泵無法正常保壓，泵振動往往是閥失效的一個原因。經現場觀察，泵運行時泵體如振動較大，若振動頻率與彈性元件的固有頻率接近，則閥會出現磨損式疲勞損傷，導致端面失效。
 
　　(2)原閥端面為楔型端面，雖工作過程兩端面接觸較好，但端面無法研磨(無合適研磨器具進行研磨)經分析，該裝置為靜止兩端面接觸，工作時兩端面并無相對運動，只需端面貼和好，保證平面度，就可以正常工作。故可將楔型端面改為可研磨的平端面。
 
　　(3)經分析為端面處失效，拆開后發現端面有傷痕，是泵內雜質在端面處壓傷端面。因原閥為整體閥，端面與閥體鑄造在一起，無法進行部分更換，只好整體更換。維修成本太高，加工周期長，急需改造。

　　三、壓力調節閥機械密封改造閥的針對性改造
 
　　(1)將原楔型端面改為平端面，兩端面間接觸面積盡量減小，使雜質壓在端面間的機會減小，萬一雜質夾到端面間壓傷端面，可將端面卸下在一般密封研磨臺上進行研磨，零件可修復再利用。
 
　　(2)原閥體為整體閥，閥內端面在閥中部靠后，維修極不方便，現改為閥體兩分式，將閥體端面夾在兩部分閥體中間，靠兩個密封圈與閥體連接，既保證了端面的防抽空，又使端面有一定的浮動性，可以更好的同另一端面配合，可取的一點是閥體密封端面可拆卸，可維修，可更換。
 
　　(3)原閥體為鑄造件，為大批量生產的化生產方案，而小批量生產，鑄造成本非常高，為降低成本，將原鑄造件改為焊接件，降低成本。

　　四、壓力調節閥機械密封改造閥設計步驟及參數選擇
 
　　1.設計依據
 
　　(1)工況條件以公稱直徑為DN50mm的調節閥為例，額定調壓范圍0.2~0.8MPa，溫度：40℃。
 
　　(2)原閥的設計理論。
 
　　(3)力平衡原理。
 
　　(4)改造閥的可維修性。
 
　　(5)原閥的結構。

　　2.設計程序
 
　　(1)根據該閥的工作原理及安裝方式，新改造的閥外形及工作原理同以前相似。
 
　　(2)根據介質的性質，合理選用閥體材質，選用該材質完滿足該閥的使用要求。
 
　　(3)調壓范圍的確定
 
　　原調壓范圍定為0.2~0.8MPa，為使整個閥體安裝過程中彈簧力不影響安裝，即彈簧自由狀態小于彈簧座與動環之間大距離，設計時將范圍底限0.2MPa降至0，這樣并不影響整個閥的工作，而且組裝閥時也比較省力。
 
　　(4)基本結構的確定
 
　　閥內存在兩個端面，閥本身有出口和入口接在泵上，閥本身使端面貼合的力由彈簧提供，彈簧力的調節由調整螺栓調節。
 
　　以將該閥設計為可拆卸更換端面式為設計思路，將原整體閥改為兩部分，用螺栓聯接在一起，以定位銷定位，保證出入口兩法蘭平面度，閥兩部分結合處安裝閥內端面，端面與閥體間安裝密封圈(材質聚四氟乙烯)，既可防止入口壓力高將端面壓出，又增加了端面的浮動性，使閥工作時兩端面間為柔性接觸，密封更可靠。
 
　　運動端面靠導向柱導向，導向柱和動環之間用螺紋聯接，維修時將導向柱卸下，可以直接研磨端面進行修復。導向柱螺紋做成尖角，旋緊后以尖角鎖緊，防止泵振動過程中將導向柱振松。
 
　　(5)端面位置的確定
 
　　因本閥出入口位置已確定，法蘭位置一定要在兩口之間，才能保證端面在兩口之間，為使螺栓聯接方便，盡量把法蘭設在兩口中間，同時為了使彈簧有更大的使用空間，盡量把端面靠近入口。

　　3.主要結構的幾何尺寸確定及技術要求
 
　　(1)端面寬度
 
　　為使兩端面間接觸面積盡量減小，使雜質壓在端面間的機會減小，又讓端面受壓強不至于太高，端面寬度取b=3mm。
 
　　(2)端面尺寸
 
　　確定根據原閥體外形尺寸大小，新設計閥體不能大于原閥體，否則安裝時可能和泵外接管線干涉，去掉閥體壁厚及法蘭空間，端面尺寸基本確定在φ58.5mm以內。為減少介質在端面附近沉積，端面附近設計成大倒角尺寸以減少介質沉積，初步確定尺寸為φ36mm×φ30mm。
 
　　(3)確定閥調壓范圍內壓力調節范圍
 
　　端面受壓面積：
 
　　式中S--端面面積，單位為mm2；
 
　　R--端面半徑，單位為mm。
 
　　大彈簧力(閥受壓0.8MPa時端面應受閉合力)：
 
　　F1=pS=0.8×1017=813.5N
 
　　式中F1---大彈簧力，單位為N；
 
　　p---閥體大壓力，單位為MPa。
 
　　即該閥正常工作時額定壓力調整范圍為0~813.5N。
 
　　(4)設計彈簧
 
　　長度：總長應小于或等于閥內彈簧空間才能使安裝時螺釘聯接省力，經計算，L≤108mm。
 
　　大工作長度：f應小于閥帽內空間(去除兩端螺釘頭和螺母)，經計算，f≤33mm。
 
　　外徑：整根彈簧應能裝在閥體內，所以φ外<φ58.5，暫時設定中徑D2=45mm
 
　　①選取材料和許用應力
 
　　屬一類彈簧，材料選用0Cr17Ni14Mo2，由《機械設計手冊》表30.2-4查得τp=324MPa。
 
　　②求彈簧鋼絲直徑
 
　　按《機械設計手冊》彈簧設計用公式(30.2-6)
 
　　查《機械設計手冊》彈簧設計用圖30.2-4得C=7.4；
 
　　③求有效圈數
 
　　按《機械設計手冊》彈簧設計用公式30.2-5
 
　　按《機械設計手冊》彈簧設計用公式30.2-5
 
　　④計算其余尺寸參數
 
　　總圈數n1=n+1.5=6
 
　　大工作載荷下的變形量
 
　　壓并載荷及壓并變形量根據彈簧工作區應在全變形量20%~80%的條件，取f1=0.8fb，則
 
　　表明f1滿足工作區的條件。
 
　　壓并高度Hb=(n1-0.5)d=(6-0.5)×6=33mm
 
　　自由高度H0=Hb+fb=33+33=66mm
 
　　節距螺旋角γ=5.13°，滿足5°~9°的要求，彈簧設計完成。
 
　　4.主要參數
 
　　本閥主要工作原理是當出入口介質壓差與彈簧壓力之合力波動時，由彈簧控制端面間力大小，所以只要控制彈簧力合適，就可使閥正常工作。即只要控制A尺寸大小(見圖2)就可控制整個閥的工作。
 
　　根據公式p=FS=Δlks得
 
　　由此計算各壓力范圍時A尺寸大小，如圖3：
 
　　按照此圖可直接使用本閥。

　　五、壓力調節閥機械密封改造改造后的效果
 
　　(1)因將閥密封面由楔形面改成了平面，延長了運行壽命，改造后此閥壽命一般都在10000h以上，大大超出原閥3200h的使用壽命。