連鑄機冷卻水系統常用閥門的選用

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特點及水質要求。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(以下簡稱水系統)中閥門起調節流量;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，會使整個冷卻系統調節能力不夠，生產效率低或造成其他事故。因此，水系統閥門要根據連鑄機的特殊要求進行合理的選用。

2、連鑄機冷卻水系統

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

表1 連鑄機冷卻水水質要求

3、水系統閥門的選用

　　根據連鑄機冷卻水系統的要求，該系統應該選用低壓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0°~90°來開啟、關閉和調節流體通道的一種閥門。

　　(1)水系統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。由于水系統管路(DN100以上管路)的過濾器經常需要檢修、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、合成橡膠構成的復合閥座中線蝶閥。

圖2 聚四氟乙烯、合成橡膠構成的復合閥座中線蝶閥

　　(3)具有良好的流量調節特性

　　當蝶閥開啟在15°～70°之間時，能進行靈敏的流量控制，特別適用結晶器銅板冷卻回路，配合回路上的氣動調節閥和電磁流量計，可以有效彌補氣動調節閥的調節范圍。圖3為蝶閥在結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壓力損失的影響。

圖3 蝶閥在結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；K1為閥門部分開啟時造成的壓力損失系數，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K根據閥板的厚度約為0.2～1.5。圖4為蝶閥K1的近似結果。

圖4 部分開啟蝶閥壓強損失系數的近似結果

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90°實現開啟和關閉的目的。

　　(1)水系統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節。圖5為浮動球球閥，圖6為法蘭連接的V形開口調節球閥。

圖5 浮動球球閥

圖6 法蘭連接的V形開口調節球閥

　　(2)具有良好的密封性。水系統常用密封材料為聚四氟乙烯，摩擦系數小、性能穩定、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節特性。渦輪傳動V形開口球閥具有精確調節并可靠定位的功能，流量特性近似等百分比，可調范圍大，最大可調比為100:1，圖7為V形開口球閥的調節特性曲線。此類球閥適用于二次冷卻系統的支路，配合回路上的氣動調節閥和電磁流量計，可以較精確彌補氣動調節閥的調節范圍;適用于設備間接冷卻回水支路，配合就地顯示流量計，可以精確地調整分配到每個扇形段的水量。