探讨火电厂阀门产品结构与设计
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【摘 要】结合作者的工作经验，主要对电站阀门密封设计的理论探讨，分析了火电厂阀性能的影响因素，并做热电站阀门设计领域知识结构的分析，希望能够给我国火电厂阀门的设计与应用提供一定的借鉴意义。
【关键词】火电厂；阀门；产品设计；知识表示
前言
火力发电厂阀门作为一种通用机械产品，产品设计的特点，同时具有机械设计知识的一般知识，火电厂的阀门产品有不同的特点，从结构和设计的通用机械产品。因此，针对火电厂阀门产品的结构特点和设计过程，确定其产品设计的领域知识构成，构建火电厂阀门产品集成知识模型，实现火电厂阀门设计领域知识的合理表示是知识支持机制研究的前提。
1 火电厂阀门的设计理论探讨
火电厂的阀门为密封和副密封，一般采用密封副两平整光滑密封面相互挤压 来阻止介质通过。从理论上讲，用先进加工技术，把密封副两密封面加工成非常平整，同一平面上，加工痕迹非常细平，然后两密封面相互接触成为密封副，当给密封副加上外载时，在相互挤压作用下，两密封面之间细小加工痕迹被压平，两密封面之间完全接触。于是阻止介质从密封副两密封面之间通过，密封副达到密封。在现实中，无论什么先进加工技术，都不可能把密封面加工成非常平整，同一平面上加工痕迹非常细平。因此，在实际密封面上，总是存在着因加工留下的凹凸不平的凹槽和凸峰，同样用任何加工方法都不能把密封面加工成完全平面，两密封面相互接触不可能完全面面接触。当两密封面相互接触时，首先因两密封面平面度原因，使得两密封面接触不是内边缘接触外边缘不接触，就是内边缘不接触外边缘接触，然后，在接触部分中，凸峰与凸峰接触，凹槽与凹槽形成沟槽通道。当给密封副加外载时，其作用是相互接触的凸峰产生弹性变形或塑性变形，扩大两密封面接触面积，减小沟槽通道直径，但不可能达到沟槽通道消失或两接触面完全面面接触，因为两密封面存在平面度问题和外载大小受限制问题，两密封面之间因加工精度引起的沟槽通道中，有部分沟槽通道是畅通一段距离后被凸峰阻死的，有部分沟槽通道是截面积变化大，流道小，长度长，一端接通外腔，另一端接通内腔畅通通道，那些被凸峰阻死的沟槽通道，虽然存在，但已被阻死，已达到密封效果，那些两端畅通的沟槽通道，是密封副密封与否的关键，当畅通沟槽通道直径很小，其最小直径小于介质分子直径时，密封副达到密封，此密封称绝对密封。当畅通沟槽通道有部分直径大，其最小直径大于介质分子直径时，介质可以通过这部分畅通沟槽通道由外腔流向内腔或由内腔流向外腔，但这部分畅通通道截面积变化大，流道方向变化，介质若从一端流向另一端是非常难的，其通过流量非常细小。当整个密封副畅通沟槽通道流量全部汇加起来，在规定时间内总流量小于一滴或一个气泡时，也可认为密封副已达到密封，此密封称为相对密封。
火电厂阀门的总体结构设计基于管路系统对阀门提出的使用要求，即阀门设计应满足工作介质的压力、温度、腐蚀、流体特性，以及操作、制造、安装、维修等方面对阀门提出的全部要求。这些要求反映在阀门设计的基础技术数据上，即所谓的“设计输入”，主要包括阀门的用途或种类、介质的工作压力、介质的工作温度、介质的理化性能等，同时对于火电厂阀门与管道的连接形式以及阀门的驱动方式也有很高的设计要求，根据使用要求和相关设计标准，确定阀门产品的总体设计要求。总体设计数据作为阀门主要结构和性能参数，导航和影响了整个产品的详细结构设计过程，决定了产品各结构参数的组成、选择和驱动。因此，可将上述参数定义为产品实例的索引属性，作为产品级实例检索与重用的依据。
3 火电厂阀门产品设计领域知识构成
阀门产品作为一类通用的机械产品，其产品设计具有一般机械产品设计的特点，同时，又必须遵循阀门行业和各自生产企业所特有的设计规范，阀门产品设计中涉及相关的工业标准、设计准则、设计经验、设计实例等多方面的设计知识。
3.1 火电厂阀门产品设计的标准
火电厂阀门产品设计必须在相关的标准规范下进行，阀门产品所采用的设计标准，从标准级别来讲，可以分为国际标准、国家标准、行业标准和企业标准。另外，阀门产品设计的相关标准有不同的适用范围，有些标准是适用于各类阀门产品的，如阀门的公称通径标准系列和公称压力标准系列等；有些标准是针对具体的阀门品种的，如蝶阀阀座最小流道通径标准、法兰连接蝶阀结构长度系列等。
3.2 火电厂阀门产品设计经验知识
针对火电厂阀门企业而言，在长期的阀门产品设计、生产过程中，会积累大量的经验知识，这些经验知识主要体现在阀门产品的一些关键设计参数的取值，经验设计算法，具体阀门产品的典型结构和外协外购零件的供货信息等方面，经验知识有些存在于设计人员的脑海中，有些存在于已完成的产品设计实例中，往往不够集中，不够明显。火电厂阀门产品设计中的经验知识主要包括以下几个方面。其一，关键设计参数经验值在火电厂阀门产品的结构设计中，有一些关键的设计参数，如阀体壁厚、阀板厚度、蝶阀阀杆直径、蝶阀偏心尺寸等，这些参数作为阀门产品设计的重要结构参数，直接影响阀门产品的设计质量，对这些参数的设计计算，在相关标准和手册有些提供有计算公式，但很多公式也属于经验公式，由于阀门产品设计工作情况复杂，需要考虑的问题是多方面的，很难用精确的物理模型或力学模型进行描述，例如，阀体壁厚的计算是按强度进行考虑的，但对大口径的常、低压阀门，刚度成为设计的首要问题，在刚度计算模型不够精确的前提下，经验数据往往具有更大的参考价值。其二，经验设计算法在阀门产品设计时 ，一些重要零部件的关键参数需要进行设计计算或校核，在相关的阀门设计手册中，提供了相关的经验算法，另外具体的阀门生产企业在长期的实践中，也总结了特有的经验算法，如双偏心蝶阀密封锥角的计算，三偏心蝶阀锥偏角和密封锥角的确定等，在实际产品设计中发挥着重要作用，是领域设计知识的重要组成部分。其三，在典型结构阀门产品的设计长期设计经验中，企业对有些零部件积累了丰富的可选设计结构，如双偏心蝶阀的密封结构，根据密封形式的不同，可选择不同的密封结构，分别对应着不同的阀板和阀座结构。
3.3 阀门产品设计知识表示
在明确火电厂阀门产品设计领域知识构成的前提下，依据阀门产品结构和设计特点，结合具体阀门产品的结构构成和设计流程，构建阀门产品设计的集成知识模型，实现设计知识的全面综合表达，是实现知识驱动的阀门产品设计的基础和前提。在产品族本体模型之下，针对特定的火电厂阀门品种，可以进一步构建详细的产品本体模型，通过对阀门产品总体结构和设计过程的研究分析发现，阀门产品设计在总体设计参数定义之下，按照设计过程确定的零部件生成顺序，零部件间在结构和尺寸参数方面具有很强的继承性和设计关联性，产品上级构件的结构形式与尺寸参数，定义或导航了下级结构构件的生成。因此，按照零部件间的装配和设计关联关系，基于设计单元构建特定阀门产品的本体模型。
4 结束语
根据结构特点和火力发电厂的阀门产品设计过程中，组成和阀门产品设计知识的分类，使用本体和面向对象的思想和方法，完成了基于设计单元的火电厂阀门产品本体模型的构建，在此基础上构建了火电厂阀门产品设计的集成知识模型，实现了火电厂阀门产品领域设计知识的分层次综合表达。
参考文献：
[1]张娜，罗小龙.CAD在阀门设计中的应用[J].通用机械，2008（8）.
[2]张建生，肖朋.三维软件 Solidedge在阀门设计中的应用[J].通用机械，2008（9）.