連鑄機冷卻水系統(tǒng)常用閥門的選用

2013-07-06 周士凱中國重型機械研究院有限公司

　　簡述連鑄機冷卻水系統(tǒng)特點及水質(zhì)要求。重點闡述蝶閥、球閥的特性，并分析閥門在連鑄機冷卻水系統(tǒng)中的作用，給出了選用方法。

1、前言

　　閥門的用途是廣泛的，而且作用很大。在連鑄機冷卻水系統(tǒng)(以下簡稱水系統(tǒng))中閥門起調(diào)節(jié)流量;啟、閉;檢修等作用，它能保證連鑄機設備正常運行，延長設備使用壽命，保證連鑄機能夠生產(chǎn)出合格的鑄坯。

　　然而，閥門同連鑄機其它設備相比往往被忽視，如果閥門選型不當，會使整個冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不夠，生產(chǎn)效率低或造成其他事故。因此，水系統(tǒng)閥門要根據(jù)連鑄機的特殊要求進行合理的選用。

2、連鑄機冷卻水系統(tǒng)

　　冷卻水系統(tǒng)分為四個系統(tǒng)：(1)結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)，水質(zhì)為軟水，進水壓力約為1.0MPa，溫度為35～55℃。(2)設備間接冷卻水系統(tǒng)，水質(zhì)為凈循環(huán)水，進水壓力為0.6～0.8MPa，溫度為40～55℃。(3)二次冷卻水系統(tǒng)，水質(zhì)為濁循環(huán)水，進水壓力恒壓為1.0MPa，溫度約為40℃。(4)設備直接冷卻水系統(tǒng)，水質(zhì)為濁循環(huán)水，進水壓力不小于0.4MPa，溫度約為40℃。表1為各系統(tǒng)水質(zhì)要求。

表1 連鑄機冷卻水水質(zhì)要求

3、水系統(tǒng)閥門的選用

　　根據(jù)連鑄機冷卻水系統(tǒng)的要求，該系統(tǒng)應該選用低壓PN≤1.6MPa、常溫-40℃≤t≤120℃、非特大口徑DN≤1400mm的金屬材料閥門。水系統(tǒng)閥門既要滿足一般性能要求，更要滿足連鑄機的特殊性能要求，下面就水系統(tǒng)常用的蝶閥、球閥的選用進行分析。

3.1、蝶閥的選用

　　蝶閥是用圓盤式啟閉件往復回轉(zhuǎn)0°~90°來開啟、關閉和調(diào)節(jié)流體通道的一種閥門。

　　(1)水系統(tǒng)常用中線蝶閥和雙偏心密封蝶閥

　　雙偏心蝶閥閥板在0°～90°開啟過程中，從0°轉(zhuǎn)到8°～12°時閥板可完全脫離閥座密封面，從而閥板與閥座的密封面之間相對機械磨損、擠壓轉(zhuǎn)角更短，提高了閥門壽命，圖1為雙偏心蝶閥開啟、關閉原理圖。由于水系統(tǒng)管路(DN100以上管路)的過濾器經(jīng)常需要檢修、清洗，所以雙偏心蝶閥特別適用于過濾器的進、出口及其旁通，其余選用中線蝶閥即可滿足水系統(tǒng)壽命要求。

圖1 雙偏心蝶閥開啟、關閉原理圖

　　(2)具有良好的密封性

　　閥門密封材料有合成橡膠閥座和聚四氟乙烯、合成橡膠構(gòu)成的復合閥座等。由于合成橡膠易老化、磨損、脫落，可能堵塞結(jié)晶器銅板水縫、扇形段噴嘴、扇形段軸承座等，因此選用聚四氟乙烯、合成橡膠構(gòu)成的復合閥座更適用連鑄設備。圖2為聚四氟乙烯、合成橡膠構(gòu)成的復合閥座中線蝶閥。

圖2 聚四氟乙烯、合成橡膠構(gòu)成的復合閥座中線蝶閥

　　(3)具有良好的流量調(diào)節(jié)特性

　　當?shù)y開啟在15°～70°之間時，能進行靈敏的流量控制，特別適用結(jié)晶器銅板冷卻回路，配合回路上的氣動調(diào)節(jié)閥和電磁流量計，可以有效彌補氣動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)范圍。圖3為蝶閥在結(jié)晶器銅板冷卻回路的應用。

　　(4)蝶閥在管路中的壓力損失比較大，大約是閘閥的三倍，因此在選擇蝶閥時應充分考慮管路系統(tǒng)壓力損失的影響。

圖3 蝶閥在結(jié)晶器銅板冷卻回路的應用

　　管路中閥門所造成的壓強損失可表示為：

　　式中

　　ΔP為管路中閥門造成的壓強損失，MPa；K為閥門的壓強損失系數(shù)；K1為閥門部分開啟時造成的壓力損失系數(shù)，閥門全開時，K1=1；v為水流平均速度，m/s；ρ為水的密度，kg/m³。

　　蝶閥的壓力損失系數(shù)K根據(jù)閥板的厚度約為0.2～1.5。圖4為蝶閥K1的近似結(jié)果。

圖4 部分開啟蝶閥壓強損失系數(shù)的近似結(jié)果

3.2、球閥選用

　　球閥由旋塞閥演變而來，它的啟閉件為一個球體，利用球體繞閥桿的軸線旋轉(zhuǎn)90°實現(xiàn)開啟和關閉的目的。

　　(1)水系統(tǒng)中常選用浮動球球閥和V形開口的球閥，用在管路不大于DN125的管路上。浮動球球閥主要起開、閉作用;V形開口的球閥用于流量調(diào)節(jié)。圖5為浮動球球閥，圖6為法蘭連接的V形開口調(diào)節(jié)球閥。

圖5 浮動球球閥

圖6 法蘭連接的V形開口調(diào)節(jié)球閥

　　(2)具有良好的密封性。水系統(tǒng)常用密封材料為聚四氟乙烯，摩擦系數(shù)小、性能穩(wěn)定、不易老化等。

　　(3)與蝶閥相比，V形開口球閥更具良好的流量調(diào)節(jié)特性。渦輪傳動V形開口球閥具有精確調(diào)節(jié)并可靠定位的功能，流量特性近似等百分比，可調(diào)范圍大，最大可調(diào)比為100:1，圖7為V形開口球閥的調(diào)節(jié)特性曲線。此類球閥適用于二次冷卻系統(tǒng)的支路，配合回路上的氣動調(diào)節(jié)閥和電磁流量計，可以較精確彌補氣動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)范圍;適用于設備間接冷卻回水支路，配合就地顯示流量計，可以精確地調(diào)整分配到每個扇形段的水量。