核级M型气动直通式隔膜阀的设计

　　我国核级气动直通式隔膜阀需从国外进口。完成核级气动直通式隔膜阀国产化的研制，既可节约大量外汇，又可为备品备件和设备维修改造带来方便。本文主要讲述常闭式结构的气动隔膜阀。

2、工作原理

1. 阀体2. 隔膜3. 阀瓣4. 阀盖5. 阀杆6. 下衬套  7. 支架8. 鞍形夹9. 调节螺杆10. 上衬套11. 气缸  12. 气缸薄膜13. 气缸盖14. 碟形弹簧15. 套筒  16. 手轮杆17. 衬套18. 推力球轴承19. 手轮

图1 核级M 型气动直通式隔膜阀

　　核级M 型气动直通式隔膜阀( 图1) 由阀体、阀盖、隔膜、阀瓣、阀杆、调节螺杆、气缸和手轮等部件组成，该阀分为常闭、常开和往复型3 种方式。常闭型结构是阀门未接通气源关闭时，由于弹簧向下方向的预紧力带动阀杆向下运动关闭阀门，保证阀门的密封性能。当阀门接通气源后，气缸内由于气源压力克服弹簧作用力带动阀杆向上运动，达到开启效果。切断气源后，弹簧的预紧力作用使阀门恢复处于常闭状态，此时可以通过旋转手轮杆带动套筒，套筒带动调节螺杆和阀杆一起向上运动，开启阀门。

3、产品特点

3.1、阀体

　　核级M 型气动直通式隔膜阀的阀体为直通式，质与所有驱动部件处于完全隔离的状态，从而避免了普通阀门的泄漏。阀门的设计泄漏量为0。

3.2、阀瓣

　　由于直通式隔膜阀的流道平滑，流阻小，可获得较大的流量，但存在密封困难的弊端。为此，参照瓶塞的结构设计球锥形的阀瓣头部，与隔膜粘贴牢固，以此增加隔膜的强度，隔膜同样采用球锥形，与阀体上下两端密封相配，利用橡胶的变形实现密封(图2) 。

图2 密封结构

3.3、驱动装置

　　核级M 型气动直通式隔膜阀采用薄膜式气动执行机构。机构内部零部件结构紧密，抗震能力强，外形轻巧美观，其使用寿命较活塞式气缸相应提高10 ～ 20 倍，且拆装时更为方便。在气源发生故障而中断，且阀门又急需启、闭的紧急情况下，可顺时针旋转手轮使阀门关闭，反之则开启，以确保运行安全。手轮杆支撑轴处安装了推力球轴承，以降低阀门使用手轮操作时的力矩。接通气源时旋转手轮杆无效。

3. 4、弹簧

　　由于产品结构及工况的特殊性，在弹簧设计中，需要考虑安装空间、弹簧节距和震动等问题。

　　(1) 受安装空间的限制，弹簧不能太高，防止压紧后反作用力超过气源压力，阀门无法完全打开。

　　(2) 必须考虑弹簧节距，防止弹簧最大压紧时高度小于其压平高度。

　　(3) 阀门需做抗震试验，应该考虑弹簧安装的稳固性。

　　根据分析，选用了对合组合的碟形弹簧代替螺旋式弹簧，对合组合的碟簧能在保持力不变的情况下增加弹簧的高度，适应产品的情况。碟形弹簧两端不需要像螺旋弹簧那样磨平，因此需要弹簧座的设计，对碟形弹簧起到导向和限位的作用，减少弹簧在工作中的不确定因素，保证阀门的安全可靠性( 图3) 。

图3 碟形弹簧安装

3.5、隔膜与薄膜

　　隔膜与薄膜材料选用耐辐照剂量为1 × 105GY的橡胶材料，且满足静态特性、动态特性及热态寿命要求。

结语

　　通过计算，能够基本确定核级M 型气动直通式隔膜阀设计的可靠性和安全性。由于阀体在铸造过程中可能出现密封面的尺寸偏差，会造成球形密封面摩擦力的增加，故弹簧预紧力应适当考虑增加余量。设计过程中应考虑防转螺栓至气缸防转管顶部距离、调节螺杆下部凸台与上衬套间距离、调节螺杆至手轮杆的距离和套筒顶部至汽缸盖的距离均应大于阀门的行程，以防止阀门出现开启不足的现象。气缸薄膜尺寸较大，制作过程中容易出现不均匀现象，故厚度较难掌握，应通过反复试验得出结论。