空調通風系統氣動蝶閥設計 通風蝶閥用氣動執行機構設計 空調通風系統氣動蝶閥設計

1 之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現在介紹空調通風系統氣動蝶閥設計概述

氣動通風蝶閥是空調通風系統重要的控制部件，閥門在開關過程中，因沖擊引起的振動較大，噪聲較高。為降低系統管路沖擊振動和環境噪聲，設計了一種具有緩沖性能的氣動執行機構，提高了通風蝶閥的使用壽命，降低了對系統管路的沖擊振動及噪聲。通風蝶閥也叫做“風門,百葉蝶閥”用于煙風管路中調理流量之用，在擋板轉動90°的行程內的不一樣位置，通過不一樣的工質流量，可實現自動調理。規格尺度：φ600-φ3500mm ，通常與圓風門或圓形隔絕門配套運用。重諾機械生產的氣通風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心軸承，可自動補償前后軸的同軸度偏差，確保圓風門阻力小、無卡澀、轉動靈活。氣缸百葉蝶閥于煙氣脫硫系統入口、出口和旁路的圓形煙氣擋板門。

通風蝶閥，風門的分類：

1、根據性能可分為圓形關斷門和圓形調節
2、根據驅動方式可分為手動圓風門、電動圓風門和氣動圓風門，
3、根據制造工藝可分為鑄造式圓風門和焊接式圓風
4、根據材質可分為鑄鐵圓風門、碳鋼圓風門和不銹鋼圓風門

氣動通風蝶閥的主要技術參數：
工作壓力：≤2000mmH2O。
工作溫度：≤420℃。
功 能：隔斷或調理。
介 質：空氣、煙氣、熱氣、風粉混合物。
驅動方式：氣缸

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

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,可調式減壓閥,自力式減壓閥氣動執行機構主要由缸筒、活塞（齒條）、齒輪軸、端蓋、四合環和限流緩沖閥等組成（圖1）。氣動執行機構的動作通過三位四通電磁閥控制。當需要關閉蝶閥時，氣動執行機構中間腔進入控制氣壓，推動活塞向兩端運動，通過齒條、齒輪傳動機構將活塞的直線運動轉化為齒輪軸的旋轉運動，齒輪軸帶動蝶閥閥軸關閉蝶閥。當需要開啟蝶閥時，氣動執行機構兩端腔進入控制氣壓，推動活塞向中間運動，齒輪軸反向旋轉，蝶閥開啟。

蝶閥在開啟和關閉階段所需轉矩較大，在開啟動作完成后和關閉瞬間產生的沖擊力較大。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矩的需要，增加了關閥緩沖的分段節流結構和開閥單向限流緩沖裝置。1.調節螺釘2.四合環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 氣動執行機構

2.1 關閥緩沖結構

關閥初始階段（圖2a）氣源通過活塞（齒條）的環槽進入內腔，蝶閥很快啟動。關閥運行階段（圖2b），進氣孔被活塞柱面遮擋，氣源被節流減壓后進入內腔，蝶閥關閉速度減慢。蝶閥接近關閉階段（圖2c），氣源通過第二道環槽進入內腔，節流被解除，氣缸的關閉轉矩恢復大值，蝶閥關閉。由于在蝶閥關閉的中間過程轉動變慢，慣性沖擊力減小，關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）運行階段（c）關閉階段圖2 關閥分段節流緩沖狀態

關閥緩沖結構的關健是控制活塞的節流位置，經過計算和驗證，應在蝶閥關閉位置達到20°角時，解除節流，恢復正常流量，否則會出現蝶閥關閉不嚴或不能達到降低噪聲和減小沖擊振動的目的。
2.2 開閥緩沖結構

開閥緩沖裝置是通過控制活塞兩端進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下（氣動執行機構規定的小工作壓力）。在開閥初始階段（圖3a），氣源壓力經電磁閥進入緩沖裝置，氣壓從裝置的節流閥芯周邊孔隙進入氣缸活塞兩端，推動活塞齒條機構作旋轉動作，此時氣壓未被節流，可以保證氣動執行機構輸出轉矩驅動蝶閥開啟。當氣源壓力增加時，推動節流閥芯克服緩沖彈簧力趨于關閉閥座，流量減小，活塞運動速度降低，氣缸齒輪軸的轉動速度減慢，減小了開閥沖擊噪聲，當氣源壓力達到大工作壓力，節流閥芯*關閉（圖3b），通過節流孔輸出壓力，此時進氣流量達到小，活塞內腔充氣時間增加，降低了活塞運動速度，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，節流閥開啟（b）氣流速度加快后，節流閥關閉圖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管路的沖擊振動和噪聲。

開啟緩沖結構設計關鍵是緩沖彈簧剛度確定，氣流流量與彈簧位移成線性關系，初始預緊力應克服氣源小工作時對節流閥芯的作用，保證大流量，在氣源大工作壓力時，節流閥芯關閉，保證小流量。

3 設計計算

以DN400通風蝶閥為例，其大啟閉轉矩為200N·m，為保證氣動通風蝶閥動作的可靠性，氣動執行機構的輸出轉矩按1.3倍的設計余量計算，氣動執行機構的輸出轉矩應＞260N·m。

3.1 缸筒內徑

式中 D———氣缸內徑，mm

P———小氣源壓力（P=0.8），MPa

η———活塞機械效率（取η=0.9）

F———活塞的推力（F=5473.7N），N

MF———氣缸輸出轉矩（MF=260），N·m

ηcl———齒輪與齒條機械效率（ηcl=0.95

R———齒輪軸分度圓半徑（設R=0.025），m

氣動執行機構缸筒的計算內徑為D=98mm，按標準系列D=100mm，氣缸齒輪軸齒輪模數選擇m=2，鑒于本氣動執行機構為雙齒條結構，為保證裝配性能，齒輪軸齒數應為偶數。（3）

式中 Z———齒數

d———分度圓直徑（計算假定d=50），mm

m———模數（m=2）

Z=25，實際選取齒數為偶數，取Z=26，根據式（3），則分度圓直徑d=52mm。氣動執行機構的輸出轉矩根據式（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———材料的基本許用應力強度值（Sm=105），MPa

C———腐蝕余量（C=4），mm

由于氣動執行機構采用四合環連接結構，同時考慮氣源通道內置于缸筒壁，取缸筒壁厚δ=10mm，其強度滿足要求。

4 試驗

為檢驗氣動執行機構輸出轉矩、緩沖性能是否滿足設計要求，使被控蝶閥的動作性能、密封性能、動作噪聲、動作壽命等指標達到要求，將執行機構與DN400通徑的蝶閥裝配后進行了各項性能檢測。氣動通風蝶閥？
1、氣動通風蝶閥采用中線式碟板與短結構鋼板焊接的新型結構形式設計制造的，結構緊湊、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、氣動通風蝶閥內無連桿、螺栓等、工作可靠、使用壽命長。可以多工位安裝，不受介質流向影響。
氣動通風蝶閥的特點分析：
氣動通風蝶閥采用中線式碟板與短結構鋼板焊接的新型結構形式設計制造的，結構緊湊、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，不受介質流向影響。
1、設計新穎、合理、結構*，重量輕，啟閉迅速。
2、操力矩小，操作方便，省力靈巧。
3、采用適應的材料以滿足低、中、高不同介質溫度其及腐蝕性介質等。
氣動通風蝶閥的應用介紹：
氣動通風蝶閥適用于五金、化工、建材、電站、玻璃等行業中的通風、環保工程的含塵冷風或熱風氣體管道中，作為氣體介質調節流量或切斷裝置。適合過程種介質溫度≤300℃公稱壓力為0.1Mpa的管道上，用以連通、啟閉或調節介質量。
氣動通風蝶閥的結構組成：
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構。
4、齒條式連接可調節開啟角度、額定流量。
5、執行器可選帶電訊號反饋指示及各類附件以實現自動化操作。
6、IS05211標準連接為產品的安裝更換提供了方便。
7、兩端調的節螺釘可使標準產品在0°和90°有±4°的可調范圍。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行機構的輸出轉矩和緩沖結構的作用是否達到設計要求。

動執行機構在氣源壓力分別為1.0MPa和2.0MPa條件下進行了整機動作性能試驗。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，關閉和開啟噪聲遠低于原蝶閥，采用噪聲測量裝置測量，在氣動執行機構控制壓力2.0MPa時噪聲為75dB，低于系統對噪聲要求。

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壓力低（1.0MPa）時氣動執行機構的轉矩是否能將蝶閥的蝶板關閉到位，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壓力1.0MPa、蝶閥閥座試驗壓力為0.12MPa的條件下進行的，關閉后經10min的保壓檢測，閥座無任何泄漏。為檢驗氣動執行機構的設計余量，降低控制系統氣源壓力至0.8MPa，首行幾次動作試驗，開關均滿足要求，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行機構的緩沖結構是否減小了對閥座的沖擊，使蝶閥的動作壽命明顯提高，同時也檢測氣動執行機構的動作壽命是否滿足要求。蝶閥動作壽命試驗是在氣動執行機構氣源壓力為2.0MPa的條件下進行的，共動作2200次，壽命試驗完成后對整機性能進行了檢驗，均滿足設計要求。

4.4 拆檢

動作壽命試驗結束后對氣動執行機構進行了拆檢，缸筒內壁、活塞表面、齒條齒輪嚙合面均無明顯磨損和擦傷。

5 結語

氣動執行機構已經過試驗驗證，其輸出轉矩、動作壽命等性能指標*達到設計要求，并有較大的設計冗余。執行機構的緩沖結構使蝶閥的沖擊噪聲大幅度下降，同時，減小了開關閥過程對閥座及閥軸的沖擊，提高了蝶閥整機的動作壽命。與本產品相關論文：200X先導隔膜式水用減壓閥安裝要求