连杆蝶阀驱动力矩计算

张寿彪

摘 要：连杆蝶阀优良的性能使之广泛应用于冶金、石化、化工、电力等行业，通过对连杆蝶阀驱动力矩进行分析计算，得出驱动力矩计算式，根据理论计算更为合理地选择驱动装置，将更充分地发挥其经济价值。

关键词：连杆蝶阀；四连杆机构；驱动力矩

THE DRIVING TORQUE CALCULATION OF THE LINKBUTTERFLY VALVE

Zhang Shoubiao1，2

（1. Hebei Province Technology Innovation Center of Metallurgical Equipments    Qinhuangdao    066318， China；

2. Qinhuangdao Qinye Heavy Industry Co.， Ltd.     Qinhuangdao    066318， China）

Abstract：The excellent performance of link butterfly valve makes it widely used in metallurgy， petrochemical， chemical， electric power and other industries. Through the analysis and calculation of the driving torque of link butterfly valve， the calculation formula of driving torque is obtained. According to the theoretical calculation， a more reasonable choice of driving device will give full play to its economic value.

Key words：link butterfly valve; four bar linkage; driving torque

0    前    言

连杆蝶阀作为一种切断蝶阀，其具有启闭迅速、体积小、重量轻、动作灵活、密封性好[1]、密封副之间没有相对滑动等优点[2]，主要应用于冶金、石化、化工、电力等行业。在冶金行业，连杆蝶阀被广泛应用于炼铁热风炉系统中。

连杆蝶阀属于蝶阀的一种结构形式，它的驱动方式主要为液压驱动和电动驱动两种。合理选择驱动装置可以确保阀门最好的使用性能和经济性能，驱动装置选择时最根本的一点就是驱动力矩的选择，这里通过分析计算得出连杆蝶阀的驱动力矩理论值，并依此确定驱动力矩。

1    结构特点和工作原理

连杆蝶阀的结构如图1所示，其主要由阀体、阀板、主动杆、连板、固定板、轴端密封组、阀轴、驱动装置等部件组成。

阀门的启闭是靠驱动装置驱动阀轴带动由阀板、主动杆、连板、固定板组成的四连杆机构运动实现的。阀轴旋转使阀板开启，当阀板与管道中心线平行时，阀门处于全开状态；阀轴反方向旋转使阀板关闭，当阀板与阀体的封面平行接触直至压紧密封面，达到阀门的密封要求时，阀板完全关闭[1]。

2    连杆蝶阀驱动力矩计算

在冶金行业，连杆蝶阀工作介质为煤气或空气，根据连杆蝶阀在实际工作中受力情况分析知：连杆蝶阀各铰轴间的摩擦力矩在总力矩中所占比例很小，故此忽略不计；对于密封型蝶阀，最大力矩产生在开启时[2-3]，因此这里对开启时力矩进行计算。对于连杆蝶阀，其开启过程最大驱动力矩主要包括偏心力矩、阀轴与轴承之间的摩擦力矩、阀轴与填料之间的摩擦力矩，列式如下：

∑M=MP+MZT+2MT

式中：MP 为偏心力矩，N·m；MZT为阀轴与轴承之间的摩擦力矩，N·m；MT 为阀轴与填料之间的摩擦力矩（单侧），N·m。

2.1    偏心力矩计算

如图2所示，以阀板为研究对象进行受力分析。

列力学平衡方程如下：

ΣMA=0， GLG-FB LB=0

解得：

FB=GLG/LB

式中：ΣMA为各力对A点取矩， N·m；G为阀板自重，N；FB为铰链B处作用力，N；LB为铰链B处作用力对A点力臂，m；LG为阀板自重对A点力臂，m。

然后按图3a所示，以阀板和主动杆（不含阀轴）为研究对象进行受力分析。

列力学平衡方程如下：

ΣMO=0，  MP-FJ eJ-FB LOE+GeG=0

解得： MP=FJ eJ+FB LOE-GeG

其中，FJ=πD2 P/4

式中：FJ为介质力，N；eJ为介质力力臂，m；D为阀门通径，m；P为介质压力，MPa；LOE为铰链B处作用力对O点力臂，m；eG为阀板自重对O点力臂，m。

由上面各式得到：

πD2 PeJ       GLG LOE

MP=———— + ———— -GeG

4                  LB

2.2 阀轴与轴承之间的摩擦力矩计算[4]

如图3b所示，以阀板和主动杆（含阀轴）为研究对象进行受力分析。

列力学平衡方程如下：

ΣFX=0， FOX-FJ-FB  cosα=0

ΣFY=0， FOY-G-GZ-FB sinα=0

解得：

FOX=FJ+FB  cosα

FOY=G+GZ+FB sinα

因此，阀轴与轴承之间的摩擦力矩为：

MZT=μR√FOX2+FOY2 ）

式中：GZ为阀轴自重，N；μ为阀轴与轴承之间的摩擦因数，钢对钢时，μ=0.15；R为阀轴半径，m。

2.3    阀轴与填料之间的摩擦力矩（单侧）计算[4]

MT=FTR

FT=20 000πRHqλ

式中：FT为一侧填料产生的摩擦力，N；H为填料高度，cm；q为填料的侧压力，MPa；柔性石墨填料时，q=3.5；λ为填料与阀轴之间的摩擦因数， λ=0.08～0.25；。

解得，MT=70 000πHλR2

由上述算式可得到连杆蝶阀的驱动力矩，从而合理地选择驱动装置。

3    结束语

连杆蝶阀具有开关速度快，制造成本低，开启位置准确和占用空间小的特点，而且连杆蝶阀具备完整的平面密封和相对可靠的密封性能，并且能够根据不同的工况选用不同的密封材料等[3]。连杆蝶阀的这些特点使之在很多场合都得到了很好的应用，合理地选择连杆阀的驱动力矩能够在合理使用的前提下更加充分地发挥其经济价值。

参考文献

[1]    倪建通.四连杆蝶阀杆系的分析[J].冶金设备，2011（8）：74-76.

[2]    邢卫平，崔兵兵，马学东.连杆蝶阀的流场分析[J].机械工程师，2011（7）：71-72.

[3]    赵文辉.四杆机构蝶阀的设计与应用[J].甘肃农业，2014（2）：65-66.

[4]    成大先.机械设计手册（第3卷）[M].第五版.北京：化学工业出版社，2011.