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1 概述

    切斷閥門(mén)( 或稱(chēng)開(kāi)關(guān)閥) 中，電動(dòng)、手動(dòng)、液動(dòng)、電液聯(lián)動(dòng)或氣液聯(lián)動(dòng)驅動(dòng)切斷閥門(mén)的開(kāi)關(guān)速度相對于氣動(dòng)閥門(mén)都比較慢。氣動(dòng)切斷閥因其開(kāi)關(guān)迅速，在煉化行業(yè)、化工行業(yè)等大量應用。切斷用途的閥門(mén)，開(kāi)關(guān)速度越快越理想，自然很多工況訂貨要求的開(kāi)關(guān)時(shí)間就過(guò)短。過(guò)短的開(kāi)關(guān)時(shí)間使閥門(mén)快速的開(kāi)啟或關(guān)閉，對閥門(mén)和氣動(dòng)執行機構都會(huì )產(chǎn)生不利影響。

    氣動(dòng)閥門(mén)有不同的種類(lèi)，但其特點(diǎn)相似，且氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥以球閥為主。本文以 90°開(kāi)關(guān)的氣動(dòng)球閥為例來(lái)討論，開(kāi)關(guān)時(shí)間過(guò)短對閥門(mén)和氣動(dòng)執行機構的影響。

2 氣動(dòng)執行機構與球閥結構

氣動(dòng)執行機構主要類(lèi)型以開(kāi)啟方式可分為提升式、90°角行程。以作用形式可分為單作用形式( 彈簧復位) 、雙作用形式。球閥根據其功能和結構可以分成很多類(lèi)。以密封形式可以分為金屬硬密封和軟密封閥座。以密封原理可以分為固定球和浮動(dòng)球。氣動(dòng)執行機構與閥門(mén)連接能實(shí)現靠壓縮空氣( 或其他可靠氣源) 來(lái)驅動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉，通過(guò)氣動(dòng)元件控制氣缸動(dòng)作，實(shí)現自動(dòng)化。氣動(dòng)球閥結構如圖 1、圖 2 所示。

3 氣動(dòng)切斷閥門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)間

    氣動(dòng)切斷閥門(mén)的實(shí)際開(kāi)關(guān)時(shí)間主要受閥門(mén)扭矩( 或推力) 、氣源壓力、氣動(dòng)元件選配影響。閥門(mén)所需的扭矩( 或推力) 大，選配的氣動(dòng)執行機構亦大，需要的動(dòng)作時(shí)間也較長(cháng)。

    氣路管道長(cháng)度、管路內徑、管路彎頭、管路分支等都會(huì )影響氣動(dòng)執行機構的動(dòng)作時(shí)間［1］。目前，氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥門(mén)沒(méi)有標準或規范明確規定具體規格的執行機構或閥門(mén)及其開(kāi)關(guān)時(shí)間。對于氣動(dòng)切斷閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間主要是以閥門(mén)口徑及裝置的工況要求方面來(lái)確定。

3. 1 按閥門(mén)口徑確定

    按閥門(mén)口徑確定開(kāi)關(guān)時(shí)間。閥門(mén)口徑與時(shí)間比值( 1s /in. ) 為開(kāi)關(guān)時(shí)間。如 4in. ( DN100) 的閥門(mén)，開(kāi)關(guān)時(shí)間為 4 s。在確定氣動(dòng)切斷閥開(kāi)關(guān)時(shí)間并且沒(méi)有明確的設計要求或其他規范時(shí)，以閥門(mén)口徑確定開(kāi)關(guān)時(shí)間，作為參考依據。

3. 2 按制造商的推薦

    在沒(méi)有設計數據和標準規范的條件下，要求推薦閥門(mén)或氣動(dòng)執行機構開(kāi)關(guān)時(shí)間時(shí)，制造商可根據使用經(jīng)驗，推薦比較適用的時(shí)間。

3. 3 按裝置的設計要求

    按裝置( 或系統) 設計時(shí)規定的開(kāi)關(guān)時(shí)間確定，開(kāi)關(guān)時(shí)間來(lái)源有依據。在產(chǎn)品訂貨時(shí)，用戶(hù)有意的將閥門(mén)的開(kāi)關(guān)時(shí)間縮短，以為會(huì )更加保險。其實(shí)這種情況需要加裝氣動(dòng)元件以縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，導致成本的增加，而且，由于開(kāi)關(guān)時(shí)間過(guò)短，即使配了相應的氣動(dòng)元件，依然達不到過(guò)短開(kāi)關(guān)時(shí)間要求，難于保證。

4 球閥扭矩與氣動(dòng)執行機構推力
根據球閥的最大扭矩、氣動(dòng)執行機構的作用形式、氣源壓力等，選配驅動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉的最小執行機構型號。
4. 1 球閥扭矩計算
以浮動(dòng)球閥為例，可按式( 1) 、( 2) 計算其理論扭矩MF = MQF + MFT + MFC ( 1)式中

 MF———浮動(dòng)球閥的扭矩，

NmMQF———填料與閥桿之間摩擦力矩，

Nm MFT———閥桿頭部的摩擦力矩，

Nm MFC———球體與閥座密封面的摩擦力矩，

Nm MFC = πD2MP pfM R( 1 + cosφ) /32cosφ ( 2) DMP———閥座密封面平均直徑，mm
p———計算壓力，MPa
fM ———球體與密封面的摩擦系數
R———球體半徑，mm
φ———球體與閥座接觸點(diǎn)與通道軸法向夾角，( °)

    式( 1) 和( 2) 可以看出，壓力 p 對球閥的扭矩MF 影響最大。圖 3 為某規格球閥在不同的壓力( 壓差) p 實(shí)測的開(kāi)啟扭矩 M。