椭圆调节阀改进设计方案课件

椭圆调节阀改进设计方案秦冶重工阀门研究所：高红亮2011年7月产品名称：椭圆调节阀 规格：喉口 2000X1300一、技术参数：煤气流速：150米/秒 煤气温度：100C 喉部工作压力：0.0350.25 MPa水箱最大工作压力：0.6MPa 阀板工作角度：090 阀板计算操作力矩:30000N.m喉口内截面：20001300mm2 喉口长度：2000mm椭圆阀板长轴：1200mm 椭圆阀板短轴：650mm 阀体试验压力：0.3MPa 水箱试验压力：0.75MPa二、二、流态分析流态分析1、介质条件介 质：高炉煤气介质温度：100C。(373K)进口压力：250000Pa介质流速：150m/s出口压力：230000Pa高炉煤气密度：1.28kg/m3（20 C。，1标准大气压）2、计算100C。，250000Pa时煤气的质量流量求此温度和压强下高炉煤气的密度：理想气体状态方程PV=nRTP：气体压强，PaV：气体体积，m3n：气体物质的量，kmolR：摩尔气体常数，8314J/（kmol.K）T：气体的热力学温度，K根据PV=nRT推出PV=（m/M）RT当V=1 m3时，P=（/M）RT ：气体密度，kg/m3所以=P M/RTM为气体的摩尔质量，高炉煤气标态下为30kg/kmol=250000 x30/（8314x373）=2.418 kg/m3质量流量：q=150 x2x1.3x2.418=943.02 kg/s3、分析边界条件：进口处边界条件为质量流量q=943.02 kg/s；出口处边界条件为压力230000Pa；阀板工作角度：与水平方向成45度夹角 4、分析结果：（1）中间截面煤气速度流态（2）端面流态图煤气速度流态三、原始设计方案 1、结构：阀体采用焊接结构，材料选用Q345；阀门内壁焊接耐磨衬板，衬板采用德国进口（法奥迪6+4）,硬度HRC60，阀板轴向断面焊接耐磨衬板；2、实际使用效果：我公司为宁波钢铁有限公司提供的椭圆调节阀2010年12月1日正式运行，到3月10日检修时发现阀体整体状态良好，但阀体内壁局部出现磨损现象（如下图）。煤气冲刷严重部位 （倒三角形）黑线部位（内侧）为最严重部位，近距离看耐磨衬板已磨穿，抵达母板（照片一）（照片一）（照片五）（照片五）阀体内部断面磨损情况 6月1日检修时发现阀体磨损严重，部分端面耐磨衬板已经磨掉。母体出现磨损，但还未磨穿，未出现泄露现象。磨损情况如下图：衬板与母板已经分离（照片一）（照片一）端面磨损情况 3、原因分析与总结：从实际磨损情况和阀体流态分析图对比来看，分析图中流速大的地方实际磨损严重。所以分析结果与实际情况基本吻合。造成阀体耐磨衬板在短时间内严重磨损的原因分析主要有以下几点：（1）高炉煤气湿法除尘系统的结构造成椭圆调节阀处的流速突变严重，从流态分析图中可看出，煤气流经阀板时产生速度突变，突变后速度在400m/s以上最大处达到600m/s。高炉除尘系统采用椭圆调节阀来调节炉顶煤气压力的结构容易造成较大的速度突变，对椭圆调节阀的磨损非常严重，目前国内还没有有效的解决方法。（2）椭圆阀水箱内的过滤孔板堵塞严重，孔板堵塞后造成水量减少，水量对椭圆阀衬板防冲刷也有一定的保护作用，衬板寿命会受影响。如果水能均匀喷洒，那么阀体内的磨损应该均匀，不会出现局部严重磨损现象。（3）耐磨衬板厚度应该增加 考虑到水箱过滤板局部堵死现象以及阀体内气体流速突变如此严重，耐磨衬板的厚度应该适量增加。（4）耐磨衬板与母体焊接工艺性 阀体内壁耐磨衬板采用塞焊方法与母体相连，如果水箱局部堵死很容易出现阀体局部磨损，如果局部有一点磨损就会迅速扩展，造成大面积损坏。阀板采用拼焊，衬板与母体贴合紧密，加上阀板成圆弧形气体流态稳定，因此磨损不严重。四、解决方案：通过上述分析，如何提高阀体内壁的耐磨性成为本次设计的关键。为此我们通过研究分析分别从结构（衬板厚度选择）和耐磨衬板焊丝药芯成分的选择上进行优化设计。（一）结构优化 根据流态分析图以及实际观察结果，阀体内过水板处和阀体端面圆盖板处磨损严重，其它部位磨损情况相对不太严重，因此2块过水板和两个端面圆盖板采用整体耐磨衬板法奥迪30+15（基体Q345），阀体侧壁上下4块板及侧面圆孔板采用整体耐磨衬板法奥迪30+10（基体Q345）。阀板采用25mmQ345钢板+（8+8），衬板采取拼焊方式焊接在在基体上。30+1530+1025+8+8（二）耐磨堆焊层焊丝药芯材料的优化选择 要求采用VAUTID-100Mo药芯焊丝。焊材硬度值：第一层堆焊层约58-62HRC 第二层堆焊层约60-63HRC 第三层堆焊层约63-66HRC 原焊丝采用VAUTID-100药芯焊丝。焊材硬度值：第一层堆焊层约56-60HRC 第二层堆焊层约58-62HRC 第三层堆焊层约60-63HRC 如采用VAUTID-100Mo药芯焊丝表面硬度约63-66HRC，其耐磨度提高30%-60%。（三）优化结果分析 1、先前VAUTID-100药芯焊丝硬度约60HRC，现采用VAUTID-100Mo药芯焊丝表面硬度约63-66HRC，其耐磨度提高30%-60%，2、根据6+4使用3个月出现磨损，依此推断30+15使用寿命可达到1年左右；由于采用整体衬板，避免了衬板与母体贴合不紧密一旦出现局部磨损便很快扩展的现象，这样能够大大提高阀体的耐磨性能。3、综合以上2点分析其使用寿命可达到1年半以上。五、阀体受力分析：（1）分析条件：材料：Q345 机械性能：屈服强度325MPa，破坏强度470630MPa。阀体试验压力：0.3MPa 水箱试验压力：0.75MPa 阀体壁厚：30（板厚）mm （2）应力分析结果：（3）变形分析结果：（4）分析结果：阀体内受力最大处为圆法兰螺纹孔处49.5 MPa，此处为应力集中，可不予考虑。圆法兰边缘和水箱与主体连接处隔水板边缘，属于应力比较大的地方，一般在35 MPa 以下。当采用铸造ZG40Mn2时分析得最大应力为75MPa，最大变形为0.175mm，最小安全系数为5.3；当采用焊接结构时最大应力为49.5 MPa，最大变形为0.18mm，最小安全系数为6.95 结果表明焊接结构的强度不小于铸件结构。六、总结 通过上述分析我们确定最终方案为：阀体中，2块过水板和两个端面圆盖板采用整体耐磨衬板法奥迪30+15（基体Q345），阀体侧壁上下4块板及侧面圆孔板采用整体耐磨衬板法奥迪30+10（基体Q345），阀板采用25mmQ345+（8+8）耐磨衬板，衬板分块拼焊在母体上。阀体的使用寿命预计在1年半以上。为保证椭圆调节阀正常使用，建议提高浊环水的清洁度，以保证更好的除尘效果及提高阀体的使用寿命。由于耐磨衬板厚度的增加造成制造成本的增加。经估算单台阀门增加成本约15万元左右。结 束！