閥門設(shè)計(jì)基本理論研究與探討

閥門設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合考慮工藝、裝置、性能以及成本等要素的設(shè)計(jì)活動(dòng)，工藝、裝置是保證，功能是目的，性能以及成本是優(yōu)化目標(biāo)。只有綜合考慮各種要素，才可設(shè)計(jì)出比較令人滿意的設(shè)計(jì)方案。為了便利工藝完成，對(duì)產(chǎn)品類似結(jié)構(gòu)特征，可以實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，便于刀量夾具的借用。設(shè)計(jì)的裝置要素即設(shè)計(jì)方案的多個(gè)零件能順利完成拼裝，相互拼裝的零件要有裝置面（內(nèi)六角或者外六角等），盡量選用便于組裝的零件結(jié)構(gòu)（比方組裝不需區(qū)分組裝方向的對(duì)稱結(jié)構(gòu)等）。針對(duì)尺寸相近的零件，盡量做成共用件，便利管理；針對(duì)無(wú)法共用的零件，做出差異，防止混料。設(shè)計(jì)的功用要素即開發(fā)產(chǎn)品所完成的基本功用，例如截止、穩(wěn)壓、防止逆流、分流或溢流泄壓等功用。此外，閥門產(chǎn)品應(yīng)盡量操作簡(jiǎn)略，便于裝置拆開以及保護(hù)替換，針對(duì)調(diào)節(jié)類閥門，還應(yīng)設(shè)計(jì)防誤操作功用。 
設(shè)計(jì)的性能因素即產(chǎn)品的使用安全性、可靠性，不會(huì)對(duì)使用者、使用環(huán)境造成損傷，具備一定的強(qiáng)度要求，比如機(jī)械性能（扭矩、彎矩）、耐壓性能（低壓、高壓）、疲勞強(qiáng)度（冷熱水循環(huán)、抗脈沖性、壽命）、環(huán)境模擬適用性等。設(shè)計(jì)的成本因素，即實(shí)現(xiàn)技術(shù)功能、滿足預(yù)定技術(shù)性能要求的同時(shí)，盡量?jī)?yōu)化結(jié)構(gòu)，用盡量少的零件個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征，用盡量簡(jiǎn)單的加工工藝實(shí)現(xiàn)零件加工生產(chǎn)，降低工程造價(jià)和產(chǎn)品價(jià)格，對(duì)社會(huì)產(chǎn)生積極作用（避免環(huán)境污染，維護(hù)生態(tài)平衡，促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展）。 
2 閥門的設(shè)計(jì) 
2.1 殼體壁厚設(shè)計(jì) 
在對(duì)閥門承壓殼體的設(shè)計(jì)過程中，需要設(shè)計(jì)人員充分考慮到閥門在實(shí)際運(yùn)用過程中承受的最大壓力值，并將最大值設(shè)計(jì)成殼體的耐壓額定值，從而保證殼體設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。 
2.2 閥門閥體、閥蓋密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 
2.2.1 強(qiáng)制密封 
強(qiáng)制密封結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)的原理是：對(duì)法蘭螺栓進(jìn)行擰緊，對(duì)密封墊片產(chǎn)生一個(gè)壓力，使墊片產(chǎn)生壓縮變形，然后密封結(jié)構(gòu)中表面的縫隙就會(huì)被填滿，從而起到密封效果。 
2.2.2 伍德密封 
伍德密封結(jié)構(gòu)，其主要由以下部分組成：閥體、浮動(dòng)閥蓋、密封環(huán)、密封墊、四開環(huán)、支承環(huán)、牽制螺栓。在其進(jìn)行升壓操縱之前，需要操作人員對(duì)螺栓進(jìn)行預(yù)緊，使浮動(dòng)閥蓋上移，從而保證閥蓋同彈性楔形墊之間形成密封力。當(dāng)對(duì)密封件進(jìn)行施壓時(shí)，閥蓋會(huì)有向上的趨勢(shì)，此時(shí)，閥蓋和楔形密封墊之間的密封比壓會(huì)隨著壓力的增加而增加，最終達(dá)到預(yù)期密封效果。在閥體同密封環(huán)接觸的地方，為了提高密封結(jié)構(gòu)的硬性要求，可以采用堆焊硬質(zhì)合金處理來達(dá)到相應(yīng)的目的。 
2.3 密封副設(shè)計(jì) 
在閥座的設(shè)計(jì)過程中，軟密封閥門的密封面一般采用橡膠、PTFE（或RPTFE）、尼龍或PEEK（聚醚醚酮）等材料作為密封材料，應(yīng)保證閥門的設(shè)計(jì)密封比壓不小于材料的密封比壓。對(duì)硬密封閥門，其密封面需要采取堆焊或噴焊司太立（STL）處理，從而保證密封面的強(qiáng)度和使用性能。在對(duì)填料部分的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員最好采用柔性石墨夾不銹鋼絲編制填料以適當(dāng)增強(qiáng)填料，在一些特殊工況，應(yīng)采用碟形彈簧加載的動(dòng)負(fù)載結(jié)構(gòu)。 
2.4 連接螺栓的設(shè)計(jì) 
第一，設(shè)計(jì)人員需要保證螺栓在工作環(huán)境下不會(huì)出現(xiàn)螺紋咬死的情況；第二，由于工作環(huán)境的特殊性，螺栓在設(shè)計(jì)時(shí)，最好選擇粗牙型螺紋，并且還要加大螺紋的中徑間隙；第三，為了避免螺栓在實(shí)際工作時(shí)，出現(xiàn)力相對(duì)較松弛的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員在具體方案設(shè)計(jì)的過程中，需要保證剩余預(yù)緊力超出實(shí)際需求值，從而保證其連接穩(wěn)固，必要時(shí)，可控制螺栓的旋緊扭矩。 
3 閥門設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù) 
3.1 熱膨脹量 
在對(duì)閥門進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，尤其是高溫閥門的設(shè)計(jì)，熱膨脹是材料的一個(gè)重要物理現(xiàn)象，其膨脹量的大小直接決定了閥門是否能夠有效工作，因此，設(shè)計(jì)人員需要將材料的熱膨脹量以及零部件承受熱載差別因素都考慮進(jìn)去。同時(shí)，因?yàn)殚y門不同部位的散熱條件存在差異，因此其熱膨脹量也是存在差異的。這就需要設(shè)計(jì)人員具體情況具體分析，并在閥門零件工作間隙變化的情況下，保證零件之間不會(huì)出現(xiàn)卡死、擦傷等情況，并最大限度減少高溫對(duì)零件產(chǎn)生的損傷。 
3.2 熱交變 
在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，需要規(guī)定閥座和支撐件之間的接頭為焊接或者是螺紋，保證其密封性。除此之外，大口徑的閥門需要對(duì)閥座進(jìn)行堆焊，從而避免同高溫介質(zhì)接觸較多的閥門零件受到交變應(yīng)力的影響而出現(xiàn)過度疲勞現(xiàn)象。同時(shí)，還應(yīng)該將熱交變情況對(duì)閥座結(jié)構(gòu)以及效果評(píng)價(jià)的影響因素考慮進(jìn)去，從而減少熱交變對(duì)閥門設(shè)計(jì)的影響，延長(zhǎng)閥門的使用壽命。 
總之，閥門設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分明確設(shè)計(jì)輸入要求，確定產(chǎn)品型號(hào)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮各種因素，通過風(fēng)險(xiǎn)分析，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，盡可能地減少或降低失效風(fēng)險(xiǎn)，提高閥門產(chǎn)品質(zhì)量。 
參考文獻(xiàn)： 
[1]張曉，余曉明，朱祥政等.球閥球體與閥桿一體化設(shè)計(jì)與分析[J].機(jī)械制造，2014（01）.