空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)氣動蝶閥設(shè)計 通風(fēng)蝶閥用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)氣動蝶閥設(shè)計

1 之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)氣動蝶閥設(shè)計概述

氣動通風(fēng)蝶閥是空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)重要的控制部件，閥門在開關(guān)過程中，因沖擊引起的振動較大，噪聲較高。為降低系統(tǒng)管路沖擊振動和環(huán)境噪聲，設(shè)計了一種具有緩沖性能的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，提高了通風(fēng)蝶閥的使用壽命，降低了對系統(tǒng)管路的沖擊振動及噪聲。通風(fēng)蝶閥也叫做“風(fēng)門,百葉蝶閥”用于煙風(fēng)管路中調(diào)理流量之用，在擋板轉(zhuǎn)動90°的行程內(nèi)的不一樣位置，通過不一樣的工質(zhì)流量，可實(shí)現(xiàn)自動調(diào)理。規(guī)格尺度：φ600-φ3500mm ，通常與圓風(fēng)門或圓形隔絕門配套運(yùn)用。重諾機(jī)械生產(chǎn)的氣通風(fēng)蝶閥采用密封填料密封良好、無外泄、耐高溫，支撐處采用自潤滑自動調(diào)心軸承，可自動補(bǔ)償前后軸的同軸度偏差，確保圓風(fēng)門阻力小、無卡澀、轉(zhuǎn)動靈活。氣缸百葉蝶閥于煙氣脫硫系統(tǒng)入口、出口和旁路的圓形煙氣擋板門。

通風(fēng)蝶閥，風(fēng)門的分類：

1、根據(jù)性能可分為圓形關(guān)斷門和圓形調(diào)節(jié)
2、根據(jù)驅(qū)動方式可分為手動圓風(fēng)門、電動圓風(fēng)門和氣動圓風(fēng)門，
3、根據(jù)制造工藝可分為鑄造式圓風(fēng)門和焊接式圓風(fēng)
4、根據(jù)材質(zhì)可分為鑄鐵圓風(fēng)門、碳鋼圓風(fēng)門和不銹鋼圓風(fēng)門

氣動通風(fēng)蝶閥的主要技術(shù)參數(shù)：
工作壓力：≤2000mmH2O。
工作溫度：≤420℃。
功 能：隔斷或調(diào)理。
介 質(zhì)：空氣、煙氣、熱氣、風(fēng)粉混合物。
驅(qū)動方式：氣缸

   氣動通風(fēng)蝶閥屬于氣動蝶閥的一種，可以多工位安裝，不受介質(zhì)流向影響，閥門在管道中一般應(yīng)當(dāng)水平安裝。氣動多葉蝶閥用于介質(zhì)溫度≤300℃公稱壓力為0.1Mpa的管道上，用以連通、啟閉或調(diào)節(jié)流通量的閥門。閥體材質(zhì):碳鋼、不銹鋼、錳鋼、合金鋼，產(chǎn)品的高度一般是根據(jù)口徑計算的，具體的蝶閥高度應(yīng)該能保證閥板正常開啟與關(guān)閉。通風(fēng)蝶閥,百葉蝶閥根據(jù)制造工藝可分為鑄造式圓風(fēng)門和焊接式圓風(fēng)。

2 工作原理

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由缸筒、活塞（齒條）、齒輪軸、端蓋、四合環(huán)和限流緩沖閥等組成（圖1）。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作通過三位四通電磁閥控制。當(dāng)需要關(guān)閉蝶閥時，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)中間腔進(jìn)入控制氣壓，推動活塞向兩端運(yùn)動，通過齒條、齒輪傳動機(jī)構(gòu)將活塞的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為齒輪軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，齒輪軸帶動蝶閥閥軸關(guān)閉蝶閥。當(dāng)需要開啟蝶閥時，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩端腔進(jìn)入控制氣壓，推動活塞向中間運(yùn)動，齒輪軸反向旋轉(zhuǎn)，蝶閥開啟。

蝶閥在開啟和關(guān)閉階段所需轉(zhuǎn)矩較大，在開啟動作完成后和關(guān)閉瞬間產(chǎn)生的沖擊力較大。為減小蝶閥動作噪聲及啟閉沖擊對蝶閥壽命的影響，同時滿足蝶閥啟閉轉(zhuǎn)矩的需要，增加了關(guān)閥緩沖的分段節(jié)流結(jié)構(gòu)和開閥單向限流緩沖裝置。1.調(diào)節(jié)螺釘2.四合環(huán)3.端蓋4.缸筒5.活塞（齒條）6.齒輪軸7.密封圈限流緩沖閥圖1 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)

2.1 關(guān)閥緩沖結(jié)構(gòu)

關(guān)閥初始階段（圖2a）氣源通過活塞（齒條）的環(huán)槽進(jìn)入內(nèi)腔，蝶閥很快啟動。關(guān)閥運(yùn)行階段（圖2b），進(jìn)氣孔被活塞柱面遮擋，氣源被節(jié)流減壓后進(jìn)入內(nèi)腔，蝶閥關(guān)閉速度減慢。蝶閥接近關(guān)閉階段（圖2c），氣源通過第二道環(huán)槽進(jìn)入內(nèi)腔，節(jié)流被解除，氣缸的關(guān)閉轉(zhuǎn)矩恢復(fù)大值，蝶閥關(guān)閉。由于在蝶閥關(guān)閉的中間過程轉(zhuǎn)動變慢，慣性沖擊力減小，關(guān)閥過程對閥座的沖擊和噪聲得到了有效控制。（a）初始階段（b）運(yùn)行階段（c）關(guān)閉階段圖2 關(guān)閥分段節(jié)流緩沖狀態(tài)

關(guān)閥緩沖結(jié)構(gòu)的關(guān)健是控制活塞的節(jié)流位置，經(jīng)過計算和驗證，應(yīng)在蝶閥關(guān)閉位置達(dá)到20°角時，解除節(jié)流，恢復(fù)正常流量，否則會出現(xiàn)蝶閥關(guān)閉不嚴(yán)或不能達(dá)到降低噪聲和減小沖擊振動的目的。
2.2 開閥緩沖結(jié)構(gòu)

開閥緩沖裝置是通過控制活塞兩端進(jìn)氣流量控制氣缸開啟速度，使蝶閥的蝶板開啟處在低壓狀態(tài)下（氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)定的小工作壓力）。在開閥初始階段（圖3a），氣源壓力經(jīng)電磁閥進(jìn)入緩沖裝置，氣壓從裝置的節(jié)流閥芯周邊孔隙進(jìn)入氣缸活塞兩端，推動活塞齒條機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)動作，此時氣壓未被節(jié)流，可以保證氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)矩驅(qū)動蝶閥開啟。當(dāng)氣源壓力增加時，推動節(jié)流閥芯克服緩沖彈簧力趨于關(guān)閉閥座，流量減小，活塞運(yùn)動速度降低，氣缸齒輪軸的轉(zhuǎn)動速度減慢，減小了開閥沖擊噪聲，當(dāng)氣源壓力達(dá)到大工作壓力，節(jié)流閥芯*關(guān)閉（圖3b），通過節(jié)流孔輸出壓力，此時進(jìn)氣流量達(dá)到小，活塞內(nèi)腔充氣時間增加，降低了活塞運(yùn)動速度，降低了蝶閥的開啟速度，降低開啟的沖擊振動和噪聲。（a）開閥初始階段，節(jié)流閥開啟（b）氣流速度加快后，節(jié)流閥關(guān)閉圖3 限流緩沖裝置

限流緩沖裝置可確保氣源壓力在高工作壓力時和小工作壓力時，活塞運(yùn)動速度基本保持一致，確保了蝶閥的開啟速度，降低了開啟時對系統(tǒng)管路的沖擊振動和噪聲。

開啟緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵是緩沖彈簧剛度確定，氣流流量與彈簧位移成線性關(guān)系，初始預(yù)緊力應(yīng)克服氣源小工作時對節(jié)流閥芯的作用，保證大流量，在氣源大工作壓力時，節(jié)流閥芯關(guān)閉，保證小流量。

3 設(shè)計計算

以DN400通風(fēng)蝶閥為例，其大啟閉轉(zhuǎn)矩為200N·m，為保證氣動通風(fēng)蝶閥動作的可靠性，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)矩按1.3倍的設(shè)計余量計算，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)＞260N·m。

3.1 缸筒內(nèi)徑

式中 D———氣缸內(nèi)徑，mm

P———小氣源壓力（P=0.8），MPa

η———活塞機(jī)械效率（取η=0.9）

F———活塞的推力（F=5473.7N），N

MF———氣缸輸出轉(zhuǎn)矩（MF=260），N·m

ηcl———齒輪與齒條機(jī)械效率（ηcl=0.95

R———齒輪軸分度圓半徑（設(shè)R=0.025），m

氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)缸筒的計算內(nèi)徑為D=98mm，按標(biāo)準(zhǔn)系列D=100mm，氣缸齒輪軸齒輪模數(shù)選擇m=2，鑒于本氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為雙齒條結(jié)構(gòu)，為保證裝配性能，齒輪軸齒數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。（3）

式中 Z———齒數(shù)

d———分度圓直徑（計算假定d=50），mm

m———模數(shù)（m=2）

Z=25，實(shí)際選取齒數(shù)為偶數(shù)，取Z=26，根據(jù)式（3），則分度圓直徑d=52mm。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)矩根據(jù)式（1）和式（2），按氣源壓力0.8MPa計算，MF=279N·m，大于蝶閥啟閉必須力矩，滿足要求。

3.2 缸筒壁厚缸筒小壁厚δ為（4）

式中   R'———筒體內(nèi)徑（R'=50），mm

Pn———氣缸大工作壓力（Pn=4.0），MPa

Sm———材料的基本許用應(yīng)力強(qiáng)度值（Sm=105），MPa

C———腐蝕余量（C=4），mm

由于氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用四合環(huán)連接結(jié)構(gòu)，同時考慮氣源通道內(nèi)置于缸筒壁，取缸筒壁厚δ=10mm，其強(qiáng)度滿足要求。

4 試驗

為檢驗氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)矩、緩沖性能是否滿足設(shè)計要求，使被控蝶閥的動作性能、密封性能、動作噪聲、動作壽命等指標(biāo)達(dá)到要求，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)與DN400通徑的蝶閥裝配后進(jìn)行了各項性能檢測。氣動通風(fēng)蝶閥？
1、氣動通風(fēng)蝶閥采用中線式碟板與短結(jié)構(gòu)鋼板焊接的新型結(jié)構(gòu)形式設(shè)計制造的，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、便于安裝、流阻小、流通量大，避免高溫膨脹的影響，操作輕便。
2、氣動通風(fēng)蝶閥內(nèi)無連桿、螺栓等、工作可靠、使用壽命長?？梢远喙の话惭b，不受介質(zhì)流向影響。
氣動通風(fēng)蝶閥的特點(diǎn)分析：
氣動通風(fēng)蝶閥采用中線式碟板與短結(jié)構(gòu)鋼板焊接的新型結(jié)構(gòu)形式設(shè)計制造的，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、便于安裝、流阻小、流通量大，避免高溫膨脹的影響，操作輕便。體內(nèi)無連桿、螺栓等、工作可靠、使用壽命長。可以多工位安裝，不受介質(zhì)流向影響。
1、設(shè)計新穎、合理、結(jié)構(gòu)*，重量輕，啟閉迅速。
2、操力矩小，操作方便，省力靈巧。
3、采用適應(yīng)的材料以滿足低、中、高不同介質(zhì)溫度其及腐蝕性介質(zhì)等。
氣動通風(fēng)蝶閥的應(yīng)用介紹：
氣動通風(fēng)蝶閥適用于五金、化工、建材、電站、玻璃等行業(yè)中的通風(fēng)、環(huán)保工程的含塵冷風(fēng)或熱風(fēng)氣體管道中，作為氣體介質(zhì)調(diào)節(jié)流量或切斷裝置。適合過程種介質(zhì)溫度≤300℃公稱壓力為0.1Mpa的管道上，用以連通、啟閉或調(diào)節(jié)介質(zhì)量。
氣動通風(fēng)蝶閥的結(jié)構(gòu)組成：
1、齒輪式雙活塞，輸出力矩大，體積小。
2、氣缸選用鋁金材料，重量輕、外形美觀。
3、可在頂部、底部安裝手動操作機(jī)構(gòu)。
4、齒條式連接可調(diào)節(jié)開啟角度、額定流量。
5、執(zhí)行器可選帶電訊號反饋指示及各類附件以實(shí)現(xiàn)自動化操作。
6、IS05211標(biāo)準(zhǔn)連接為產(chǎn)品的安裝更換提供了方便。
7、兩端調(diào)的節(jié)螺釘可使標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品在0°和90°有±4°的可調(diào)范圍。確保與閥門的同步精度。

4.1 動作性能試驗

動作性能試驗是檢測氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)矩和緩沖結(jié)構(gòu)的作用是否達(dá)到設(shè)計要求。

動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在氣源壓力分別為1.0MPa和2.0MPa條件下進(jìn)行了整機(jī)動作性能試驗。在試驗過程中，明顯可見蝶閥的蝶板動作速度在緩沖的各階段變化，關(guān)閉和開啟噪聲遠(yuǎn)低于原蝶閥，采用噪聲測量裝置測量，在氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制壓力2.0MPa時噪聲為75dB，低于系統(tǒng)對噪聲要求。

4.2 閥座密封性能試驗

閥座密封性能試驗是檢測在控制系統(tǒng)壓力低（1.0MPa）時氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩是否能將蝶閥的蝶板關(guān)閉到位，使蝶閥閥座滿足在0.12MPa的氣壓下密封性要求。閥座密封性試驗是在控制系統(tǒng)壓力1.0MPa、蝶閥閥座試驗壓力為0.12MPa的條件下進(jìn)行的，關(guān)閉后經(jīng)10min的保壓檢測，閥座無任何泄漏。為檢驗氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計余量，降低控制系統(tǒng)氣源壓力至0.8MPa，首行幾次動作試驗，開關(guān)均滿足要求，檢測閥座密封性無任何泄漏。

4.3 動作壽命試驗

動作壽命試驗是檢測氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的緩沖結(jié)構(gòu)是否減小了對閥座的沖擊，使蝶閥的動作壽命明顯提高，同時也檢測氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作壽命是否滿足要求。蝶閥動作壽命試驗是在氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣源壓力為2.0MPa的條件下進(jìn)行的，共動作2200次，壽命試驗完成后對整機(jī)性能進(jìn)行了檢驗，均滿足設(shè)計要求。

4.4 拆檢

動作壽命試驗結(jié)束后對氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了拆檢，缸筒內(nèi)壁、活塞表面、齒條齒輪嚙合面均無明顯磨損和擦傷。

5 結(jié)語

氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)過試驗驗證，其輸出轉(zhuǎn)矩、動作壽命等性能指標(biāo)*達(dá)到設(shè)計要求，并有較大的設(shè)計冗余。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的緩沖結(jié)構(gòu)使蝶閥的沖擊噪聲大幅度下降，同時，減小了開關(guān)閥過程對閥座及閥軸的沖擊，提高了蝶閥整機(jī)的動作壽命。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：200X先導(dǎo)隔膜式水用減壓閥安裝要求