探討火電廠閥門產品結構與設計

徐磊

摘要：閥門產品作為一類通用的機械產品，其產品設計具有一般機械產品設計的特點，同時，又必須遵循閥門行業和各自生產企業所特有的設計規范，閥門產品設計中涉及相關的工業標準、設計準則、設計經驗、設計實例等多方面的設計知識。本文針對火電廠中閥門的設計理論做出研究，分析了影響火電廠閥門性能的因素，同時對火電廠閥門設計領域中的知識構成問題做了淺析，希望能夠給我國火電廠閥門的設計與應用提供一定的借鑒意義。

關鍵詞：火電廠；閥門；產品設計；知識表示

火力發電廠閥門作為一種通用機械產品，產品設計的特點，同時具有機械設計知識的一般知識，火電廠的閥門產品有不同的特點，從結構和設計的通用機械產品。因此，針對火電廠閥門產品的結構特點和設計過程，確定其產品設計的領域知識構成，構建火電廠閥門產品集成知識模型，實現火電廠閥門設計領域知識的合理表示是知識支持機制研究的前提。

1 火電廠閥門的設計理論探討

火電廠的閥門為密封和副密封，一般采用密封副兩平整光滑密封面相互擠壓來阻止介質通過。從理論上講，用先進加工技術，把密封副兩密封面加工成非常平整，同一平面上，加工痕跡非常細平，然后兩密封面相互接觸成為密封副，當給密封副加上外載時，在相互擠壓作用下，兩密封面之間細小加工痕跡被壓平，兩密封面之間完全接觸。于是阻止介質從密封副兩密封面之間通過，密封副達到密封。在現實中，無論什么先進加工技術，都不可能把密封面加工成非常平整，同一平面上加工痕跡非常細平。因此，在實際密封面上，總是存在著因加工留下的凹凸不平的凹槽和凸峰，同樣用任何加工方法都不能把密封面加工成完全平面，兩密封面相互接觸不可能完全面面接觸。當兩密封面相互接觸時，首先因兩密封面平面度原因，使得兩密封面接觸不是內邊緣接觸外邊緣不接觸，就是內邊緣不接觸外邊緣接觸，然后，在接觸部分中，凸峰與凸峰接觸，凹槽與凹槽形成溝槽通道。當給密封副加外載時，其作用是相互接觸的凸峰產生彈性變形或塑性變形，擴大兩密封面接觸面積，減小溝槽通道直徑，但不可能達到溝槽通道消失或兩接觸面完全面面接觸，因為兩密封面存在平面度問題和外載大小受限制問題，兩密封面之間因加工精度引起的溝槽通道中，有部分溝槽通道是暢通一段距離后被凸峰阻死的，有部分溝槽通道是截面積變化大，流道小，長度長，一端接通外腔，另一端接通內腔暢通通道，那些被凸峰阻死的溝槽通道，雖然存在，但已被阻死，已達到密封效果，那些兩端暢通的溝槽通道，是密封副密封與否的關鍵，當暢通溝槽通道直徑很小，其最小直徑小于介質分子直徑時，密封副達到密封，此密封稱絕對密封。當暢通溝槽通道有部分直徑大，其最小直徑大于介質分子直徑時，介質可以通過這部分暢通溝槽通道由外腔流向內腔或由內腔流向外腔，但這部分暢通通道截面積變化大，流道方向變化，介質若從一端流向另一端是非常難的，其通過流量非常細小。當整個密封副暢通溝槽通道流量全部匯加起來，在規定時間內總流量小于一滴或一個氣泡時，也可認為密封副已達到密封，此密封稱為相對密封。

2 火電廠閥門的產品結構與設計

火電廠閥門的總體結構設計基于管路系統對閥門提出的使用要求，即閥門設計應滿足工作介質的壓力、溫度、腐蝕、流體特性，以及操作、制造、安裝、維修等方面對閥門提出的全部要求。這些要求反映在閥門設計的基礎技術數據上，即所謂的“設計輸入”，主要包括閥門的用途或種類、介質的工作壓力、介質的工作溫度、介質的理化性能等，同時對于火電廠閥門與管道的連接形式以及閥門的驅動方式也有很高的設計要求，根據使用要求和相關設計標準，確定閥門產品的總體設計要求。總體設計數據作為閥門主要結構和性能參數，導航和影響了整個產品的詳細結構設計過程，決定了產品各結構參數的組成、選擇和驅動。因此，可將上述參數定義為產品實例的索引屬性，作為產品級實例檢索與重用的依據。

3 火電廠閥門產品設計領域知識構成

閥門產品作為一類通用的機械產品，其產品設計具有一般機械產品設計的特點，同時，又必須遵循閥門行業和各自生產企業所特有的設計規范，閥門產品設計中涉及相關的工業標準、設計準則、設計經驗、設計實例等多方面的設計知識。

3.1 火電廠閥門產品設計的標準

火電廠閥門產品設計必須在相關的標準規范下進行，閥門產品所采用的設計標準，從標準級別來講，可以分為國際標準、國家標準、行業標準和企業標準。另外，閥門產品設計的相關標準有不同的適用范圍，有些標準是適用于各類閥門產品的，如閥門的公稱通徑標準系列和公稱壓力標準系列等；有些標準是針對具體的閥門品種的，如蝶閥閥座最小流道通徑標準、法蘭連接蝶閥結構長度系列等。

3.2 火電廠閥門產品設計經驗知識

針對火電廠閥門企業而言，在長期的閥門產品設計、生產過程中，會積累大量的經驗知識，這些經驗知識主要體現在閥門產品的一些關鍵設計參數的取值，經驗設計算法，具體閥門產品的典型結構和外協外購零件的供貨信息等方面，經驗知識有些存在于設計人員的腦海中，有些存在于已完成的產品設計實例中，往往不夠集中，不夠明顯。火電廠閥門產品設計中的經驗知識主要包括以下幾個方面。其一，關鍵設計參數經驗值在火電廠閥門產品的結構設計中，有一些關鍵的設計參數，如閥體壁厚、閥板厚度、蝶閥閥桿直徑、蝶閥偏心尺寸等，這些參數作為閥門產品設計的重要結構參數，直接影響閥門產品的設計質量，對這些參數的設計計算，在相關標準和手冊有些提供有計算公式，但很多公式也屬于經驗公式，由于閥門產品設計工作情況復雜，需要考慮的問題是多方面的，很難用精確的物理模型或力學模型進行描述，例如，閥體壁厚的計算是按強度進行考慮的，但對大口徑的常、低壓閥門，剛度成為設計的首要問題，在剛度計算模型不夠精確的前提下，經驗數據往往具有更大的參考價值。其二，經驗設計算法在閥門產品設計時，一些重要零部件的關鍵參數需要進行設計計算或校核，在相關的閥門設計手冊中，提供了相關的經驗算法，另外具體的閥門生產企業在長期的實踐中，也總結了特有的經驗算法，如雙偏心蝶閥密封錐角的計算，三偏心蝶閥錐偏角和密封錐角的確定等，在實際產品設計中發揮著重要作用，是領域設計知識的重要組成部分。其三，在典型結構閥門產品的設計長期設計經驗中，企業對有些零部件積累了豐富的可選設計結構，如雙偏心蝶閥的密封結構，根據密封形式的不同，可選擇不同的密封結構，分別對應著不同的閥板和閥座結構。

3.3 閥門產品設計知識表示

在明確火電廠閥門產品設計領域知識構成的前提下，依據閥門產品結構和設計特點，結合具體閥門產品的結構構成和設計流程，構建閥門產品設計的集成知識模型，實現設計知識的全面綜合表達，是實現知識驅動的閥門產品設計的基礎和前提。在產品族本體模型之下，針對特定的火電廠閥門品種，可以進一步構建詳細的產品本體模型，通過對閥門產品總體結構和設計過程的研究分析發現，閥門產品設計在總體設計參數定義之下，按照設計過程確定的零部件生成順序，零部件間在結構和尺寸參數方面具有很強的繼承性和設計關聯性，產品上級構件的結構形式與尺寸參數，定義或導航了下級結構構件的生成。因此，按照零部件間的裝配和設計關聯關系，基于設計單元構建特定閥門產品的本體模型。

4 結束語

根據結構特點和火力發電廠的閥門產品設計過程中，組成和閥門產品設計知識的分類，使用本體和面向對象的思想和方法，完成了基于設計單元的火電廠閥門產品本體模型的構建，在此基礎上構建了火電廠閥門產品設計的集成知識模型，實現了火電廠閥門產品領域設計知識的分層次綜合表達。

參考文獻：

[1]張娜，羅小龍.CAD在閥門設計中的應用[J].通用機械，2008（8）.

[2]張建生，肖朋.三維軟件Solidedge在閥門設計中的應用[J].通用機械，2008（9）.