磁力驱动闸阀扭矩的分析计算.pdf

?视被研究气应用·x05年第4期(第28,总第138期)
设计与制造
磁力驱动闻阀扭矩的分析计算
彭正昶,乔健,蒋增强,郭晨阳
兰州兰石能源备工程研究院有限公司,甘肃兰州730314)
摘要:目前实际应用中磁扭矩计算方法上的不足,是造成磁力驱动阀门成本过高和扭矩不够使阀门不能正常工作
的主要原因。通过对磁力驱动闸阀的理论分析,总结出了磁扭矩计算公式,并进行了实例验证,为磁力驱动阀门的设
计提供了理论依据。
关鍵词:磁力驱动问阀;扭矩;计算公式
中图分类号:TH311
文献标志码:A
文章编号:1007-4414(2015)04-0147-02
Analytical Calculation of Torque in the Magnetic Drive alve
PENG Zheng-chang, QIAO Jian, JIANG Zeng-qiang, GUO Chen-yang
( Lanzhou LS Energy Equipment Engineering Institute Co, Ld, Lanzhou Gansu 730314, China)
Abstract: At present, the deficiency of magnetic torque calculation method in practical application is the main cause of high
cost of magnetic drive valve and abnormal operation for the insufficient torque. In this paper, through the theoretical analysis
of magnetic drive valve, the formula of magnetic torque is summed up, and example verification is also conducted, thus a the-
oretical basis for the design of magnetic drive valve is provided
Key words magnetic drive valve; torque; computational formula
0引言
达到最大值时,导致螺纹摩擦力矩也达到最大值,此
磁力驱动阀是近年在阀门产品中发展起来的
时的轴向力最大必然导致轴承摩擦力矩达到最大,所
种新型产品,它是由阀门和永磁磁力驱动装置组合而以需要作用在手轮上的开关扭矩∑M达到最大
成的一种崭新的阀门结构形式。它的研制成功是对值。由于开启扭矩总是小于关闭扭矩,因此在设
传统阀门技术的提升和结构的改进。这种阀门由于计闸阀时,计算开关扭矩值要以这一状态为准。
驱动件的柔性接触和转矩的软传递,使得整机结构合
理,性能稳定、安全、可靠,提高了阀门使用的可靠性。
2确
目前除了永磁材料的使用温度受到一定限制外在应
1.外转子
2.隔离套
用方面与其他阀门基本一样,其应用领域非常广泛
内转子
轴承
特别是使用在特殊工况中的低温阀、耐腐蚀阀、输油
闲体
输气管道阀以及形形色色的安全阀等更显露出它的
6.阀杆
7.闸板
优越性。但由于磁力驱动阀门的研究开发较晚,在磁
扭矩的计算上,还存在着不足之处,造成磁力驱动阀
成本过高或者扭矩不够使阀门不能正常工作。根据
图1磁力驱动闸阀的结构
磁力驱动闸阀的理论分析与实验研究,总结出了扭矩
计算公式,为磁力驱动阀门的设计提供了理论依据。
2磁力驱动闸阀扭矩计算
1磁力驱动闸阀结构分析
2.1阀杄所受扭矩
磁力驱动阀门的结构原理见文献,其结构形式较
关闭时阀杆总轴向力Qz'(N)为
多,但闸阀通常采用图1的结构叫。由于闸阀关闭过
程比开启过程工况恶劣,所以只需要分析关闭过
@M=KI@M+K2(MF+QP+@
开启时阀杆总轴向力Qr"(N)为
程中的受力情况。闻阀完全关闭时,闻板与阀座密封
面充分接触,从而使两者间的滑动摩擦力达到最大
QM=KQW+KOME-(p+QT
值。由于介质对阀杆的径向压力是不变的,所以式中:K1、K3为密封面处介质作用力计算系数,它与间
此时的轴向力最大。闻板与阀座密封面滑动摩擦力
板的禊角、密封方式、密封面处材料的摩擦系数有关
K取值范围为0.15~0.35,K3取值范围为0.35
收稿日期:2015-07-12
作者简介:彭正昶(1975-),男,甘肃兰州人,工程,主要从事机电液一体化设计方面的工作。
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设计与制造
2015年第4期(第28卷,总第138期)·机械研究与应用
0.41,随着密封面处材料的摩擦系数的增大而增大。2.2内转子的摩擦扭矩
K2、KA为密封面上密封力计算系数,它与间板的
磁力驱动闸阀内转子结构如图2所示。内转子
禊角、密封方式、密封面处材料的摩擦系数有关,当为与轴承端面产生的摩擦扭矩M(N?mm)为
自动密封形式时K2、K4为0,即不受密封力;当为强制
Mn=Fn(d2 -d )u
密封时,K2取值范围为0.60~0.77,K4取值范围为0.式中:F为摩擦力(N);d2、d转子摩擦面尺寸(mm)。
60~0.72,随着密封面处材料的摩擦系数的增大而增
大
Qwg为密封面处介质作用力(N
)pT/4
式中:DwN为密封面内径(m);bw为密封面宽度
mm);p为设计乐力(MPa)
Qw为密封面上密封力(N)
图2内转子结构
QF=(D
MN+OM /DMG MF
gwr为密封面必须比压(MPa)
2.3外转子的摩擦扭矩
qm:=m(a+cp)/bm 1/2
式中:m为与介质性质有关的系数,常温液体m=1;
磁力驱动闸阀外转子结构如图3所示。外转子
常温汽油、煤油和空气等气体以及高于100℃的液与轴承端面产生的摩擦扭矩Ma(N?mm)为:
体,m=1.4;密封要求高的介质m=1.8。a、c为与密
Ma=Fa(d4-d3)ルn
封材料有关的系数,取值见表14。
式中:F为摩擦力(N);d4、ら转子摩擦面尺寸(mm)。
表1与密封材料有关系数α、c的取值
密封面材料
钢硬质合金
青铜、黄铜、铸铁
铝、铝合金、硬聚氯乙烯
中硬橡胶
软橡胶
0.4
图3外转子结构
Q,为阀杆径向截面上介质作用力(N
闸板阀所受总扭矩
2P/4
闸板阀总扭矩为阀杆、内外转子所受扭矩之和,
式中:d为阀杆直径(mm)
即
Qr为阀杆与轴承的摩擦力(N):
M=Mm +Mo+M
Qr=fdlp
根据总扭矩M即可设计磁传动器的规格。
式中:为摩擦系数:d为轴承直径(mm):1为轴承长3磁力驱动闸阀扭矩的测试
度(mm)。
测试是根据转矩转速传感器的工作原理进行的,
关闭时阀杆所受扭矩M!'(N?mm)为
扭矩的大小由转矩转速传感器通过二次仪表直接显
M
示,从而测得传递力矩。力矩测试机构由三部分组
开启时阀杆所受扭矩Mn"(N?mm)