1、概述

　　應(yīng)用于船舶和艦艇等回路系統(tǒng)中的閥門，由于受安裝空間及其使用條件的限制，要求閥門必須具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、耐傾斜搖擺、抗沖擊、工作性能可靠、使用壽命長(zhǎng)和便于維修等特點(diǎn)。全封閉電動(dòng)閘閥是我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的一種零外泄漏、免維護(hù)和結(jié)構(gòu)緊湊的電動(dòng)閘閥。適用于船舶和艦艇等高溫高壓及有害介質(zhì)的回路中，作啟閉用裝置。

2、性能參數(shù)

　　公稱壓力 2810MPa；公稱通徑 20～65mm；最高工作溫度 300℃；最高工作壓力 17.2MPa；連接形式 焊接；清潔度 A類；承壓件設(shè)計(jì)使用壽命 30a；無故障開關(guān)次數(shù) > 2000次。

3、結(jié)構(gòu)分析

3.1、密封結(jié)構(gòu)

　　(1)中法蘭密封結(jié)構(gòu)

圖1 中法蘭墊片密封

　　普通電動(dòng)閘閥的中法蘭通常采用墊片密封結(jié)構(gòu)(圖1)。優(yōu)點(diǎn)是密封可靠，易于加工，需用的螺栓力矩小。缺點(diǎn)是易損壞，需定期更換。

圖2 中法蘭無墊片硬密封

　　全封閉電動(dòng)閘閥采用無墊片硬密封結(jié)構(gòu)(圖2)。此種密封結(jié)構(gòu)性能可靠，不受溫度波動(dòng)的影響，保證高溫高壓介質(zhì)工況下的密封性能，避免了因墊片疲勞或超過壽命期限等引起的介質(zhì)泄漏，減少污染。缺點(diǎn)是需用的螺栓力矩大，不易加工。

　　(2)閥桿密封結(jié)構(gòu)

圖3 閥桿采用填料密封

　　普通電動(dòng)閘閥閥桿采用填料密封結(jié)構(gòu)(圖3)或波紋管與填料雙層密封結(jié)構(gòu)。對(duì)于填料密封結(jié)構(gòu)，由于電動(dòng)閘閥的動(dòng)作原理使閥桿與填料之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及閥內(nèi)介質(zhì)壓力或溫度變化對(duì)填料的影響，隨著閥門啟閉次數(shù)的增加，便會(huì)從填料處產(chǎn)生泄漏。對(duì)于波紋管密封結(jié)構(gòu)，由于閘閥啟閉行程長(zhǎng)，波紋管如滿足行程要求，則需將閥蓋加長(zhǎng)，整機(jī)高度增加，重心上移，不利于閥門在艦船上回路系統(tǒng)中使用。

圖4 閥桿采用無填料全封閉密封

　　全封閉電動(dòng)閘閥閥桿采用無填料密封結(jié)構(gòu)(圖4)。整個(gè)閥門包括屏蔽電傳動(dòng)裝置內(nèi)均有介質(zhì)，其外密封為螺栓連接靜密封動(dòng)結(jié)構(gòu)。與閥桿采用填料動(dòng)密封相比，此結(jié)構(gòu)免填料更換，免維護(hù)，不受溫度波動(dòng)及壓力變化的影響。

3.2、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

圖5 梯形螺紋副

　　普通電動(dòng)閘閥(圖5)通常采用梯形螺紋傳遞力及力矩，使閥門達(dá)到啟閉的目的。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，成本低，承載能力大，并具有自鎖能力，介質(zhì)壓力及波動(dòng)不能任意改變閥門預(yù)先設(shè)定的啟閉位置。缺點(diǎn)是傳動(dòng)摩擦力大，傳動(dòng)效率較低。

圖6 滾珠絲杠副

　　全封閉電動(dòng)閘閥(圖6)采用內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)。在高溫高壓介質(zhì)潤(rùn)滑條件下，可防止介質(zhì)中的腐蝕性異物進(jìn)入絲杠副中使閥門運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)聲音異常現(xiàn)象。滾珠絲杠副由絲杠、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，由于滾珠絲杠副的絲杠與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，減少了摩擦力矩，使傳動(dòng)力矩亦隨之減小，可選用功率較小的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。通常滾珠絲杠副傳動(dòng)效率是梯形螺紋的3倍。缺點(diǎn)是加工制造復(fù)雜，成本高，自鎖能力差。

3.3、屏蔽式電傳動(dòng)裝置

　　對(duì)于船舶和艦艇用閥門，由于其工作環(huán)境和工作條件的要求，使閥門電裝的重心盡可能靠近中軸，減少由于電裝重心偏移在傾斜搖擺沖擊條件下對(duì)閥門的損壞。

圖7 屏蔽式電傳動(dòng)裝置

　　全封閉電動(dòng)閘閥采用屏蔽式電傳動(dòng)裝置(圖7)。該電裝主要由屏蔽式電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成，屏蔽式電動(dòng)機(jī)通過轉(zhuǎn)子軸向減速機(jī)構(gòu)提供扭矩，減速機(jī)構(gòu)再將扭矩傳遞給閥門，以控制閥門的啟閉，從而達(dá)到操作閥門開關(guān)的目的。因所有密封處均為靜密封，從而實(shí)現(xiàn)了整機(jī)無泄漏。屏蔽式電傳動(dòng)裝置機(jī)座采用整體式結(jié)構(gòu)，屏蔽式電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)裝置通過結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)和力學(xué)計(jì)算，同置于一個(gè)整體機(jī)座體內(nèi)，使整機(jī)尺寸減小，可靠性、可維護(hù)性更高。

　　在滿足輸出力矩要求的同時(shí)，選取合適的模數(shù)參數(shù)及傳動(dòng)比。使電裝盡可能體積小、質(zhì)量輕。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了閥門在開啟、關(guān)閉過程中的慣性能量問題，實(shí)現(xiàn)了通過電傳動(dòng)裝置通電指令信號(hào)來準(zhǔn)確控制閘閥開關(guān)位置的技術(shù)難題�？蓽p小電傳動(dòng)裝置能量損耗，使效率提高。

4、閥門自重及力矩

　　全封閉電動(dòng)閘閥整機(jī)殼體內(nèi)均有介質(zhì)，且為無填料結(jié)構(gòu)。與普通電動(dòng)閘閥相比，全封閉電動(dòng)閘閥不受介質(zhì)作用于滾珠絲杠副(閥桿)上的力以及閥桿與填料之間的摩擦力，而滾珠絲杠副與絲杠螺母之間的摩擦力矩遠(yuǎn)小于梯形螺紋摩擦力矩。通過分析計(jì)算和比較，相同設(shè)計(jì)參數(shù)、閘板結(jié)構(gòu)形式均為楔式的全封閉電動(dòng)閘閥與普通電動(dòng)閘閥其整機(jī)質(zhì)量和所需力矩值見表1。數(shù)據(jù)證明，相同設(shè)計(jì)參數(shù)下全封閉電動(dòng)閘閥整機(jī)質(zhì)量輕，所需力矩遠(yuǎn)小于普通電動(dòng)閘閥的力矩，其屏蔽電傳動(dòng)裝置重心偏移小，耐沖擊性強(qiáng)，操作靈活，安全可靠。

表1 整機(jī)質(zhì)量和力矩

5、結(jié)語

　　全封閉電動(dòng)閘閥具有整機(jī)結(jié)構(gòu)合理，體積小，免維護(hù)、可靠性和安全性高等優(yōu)點(diǎn)。但該閥門技術(shù)含量高，加工制造難度大，成本高，更適于條件苛刻、安裝空間有限和有害性介質(zhì)及特殊工況下使用。