一体化截污泵站中一种实用新型插板阀的设计与应用

2017年的政府工作报告中提到了“推进海绵城市建设”,就是说城市要构建一个大的雨水系统,平常下雨时能够排水、蓄水、净水,需要时将储存的水再次利用。插板阀不仅广泛应用于市政工程给水排水管道中作疏水及调节用，还应用于农田水利节水灌溉输水管道中,多用于工业、农业灌溉、城市生活污水处理系统的关键部位,在这些系统中起着截流和调节的作用。手动调节的插板阀需要人力进行控制,增加了企业的运行成本。实用且能自动控制的插板阀能降低企业的运营成本,提高企业的经济效益，

新型插板阀的研制需求

大城市中分流制地区由于雨污混接问题的存在,严重影响了水环境改善。在改造过程中,部分地区因暂时不具备大面积开展雨污混接分流改造的条件,而采取了过渡性措施,在小区雨水出户管处或雨水管道排水口处建设截流井,将混接至雨水管的污水截流至污水管道,以减少对水环境的影响。雨水截流井应具有截污限流功能和无人值守功能,特别是重力式截污井,并筒里必须设置限流阀。现在基本上用插板阀对截污量进行限流控制，而传统的插板阀又称“手动刀型闸阀”，不适用于自动控制的截污井,这就要求在短时间内设计、制造完成一种实用并能实现自动控制的新型插板阀。

2新型插板阀的设计

2.1新型插板阀结构设计插板阀,又称“手动刀型闸阀”,其结构多种多样。刀型闸阀是一种闸板与阀座始终紧密接触密封的阀门,通过阀杆上手轮的旋转运动传递给阀杆做直线行程运动带动阀板的启闭。此阀门的特点在于介质在阀体内卡阻少,能够全通径流通,其密封结构分为软密封、硬密封两种。这种插板阀主要由以下部件构成:阀体(框架)、闸板、手轮、丝杆、螺母等。因要设计的插板阀安装在一体化截污井内(图2),截污井的直径在1.5~2m,截污井内部有水泵及其导杆粉碎格栅及其导杆、爬梯、液位计保护套管等部件，安装空间受到限制,新型插板阀体积不能过大。截污井内都是污水,水气、湿度较大,若防水达不到要求，电器容易发生短路,电器传动部分容易损坏,需要经常更换,因此决定采用液压控制。考虑到安装、维修方便,结构需要紧凑。为防止垃圾堆在闸板下部,闸板不能全关闭,设计闸板下部是不封闭的,闸板关闭的时候,将垃圾推到插板阀外部。因此采用图3所示新型插板阀结构,它由阀体(框架)、闸板、液压缸等部件组成,液压电动部分放在井筒外部,通过运行液压系统,让液压油缸的伸缩来控制闸板的开和关。若增加闸板的限位开关,根据闸板的打开程度,还可以控制排水流量的大小,起到自动控制的功能。

1)与出水管的连接法兰设计:采用标准法兰的设计,根据GB/T 9119-2010《板式平焊钢制管法兰》选用。与闸板的密封采用0型圈(图4)。

2)闸板设计:采用楔形设计,并用两块板通过榫槽连接在一起，一块板与法兰密封,另一块板起到压紧密封的作用,如图5所示。

3)液压油缸的设计:确定油缸直径、油缸行程、工作压力、油缸的安装方式等参数,据此设计液压油缸(图6

2.2 新型插板阀材料选用般阀门的阀体设计基本内容包含确定阀体材料,即根据其工作介质的特性来确定所用材料,材料应具有足够的耐腐蚀性、可靠的强度和刚度。插板阀通常用在有较大颗粒的物料管道上,或用在固体、粉体物料的管道上,也常用在有较多杂质的污水管道中。阀门的壳体材料有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、碳素钢铸钢、合金钢铸钢、奥氏体铸钢等:插板阀的阀体材料有灰铸铁、球墨铸铁、铸钢、不锈钢、铬钼钢、双相钢等:阀板材料有201、304等:阀盖或框架材料有灰铸铁、球墨铸铁等:阀杆材料有2Cr13、304等新型插板阀专门用在分流制排水系统中，且安装在截污井内部,与生活污水接触,而生活污水中有机物含量高、氦氦含量高、BOD/COD比高、微生物种类多。排放到污水管道中的生活中的藐酸盐在适合的条件下会转化为硫化物,进而生成硫化氢和硫酸,从面产生腐蚀作用,对插板阀材料的耐腐蚀要求高。因此,新型插板阀的闽体、阀板材料均采用SUS304,液压油缸的材料也选用SUS304。

2.3 新型播板阀工艺设计

铸造阀体是目前应用最广的一种形式。插板阀的阀体一般是铸件,阀体要提前浇铸或做库存备货。若不备货,那么当客户需要时,生产周期长,生产制作来不及:若备货,就相应积压了企业的部分流动资金。若阀体、阀板、阔盖或支架等部件都需要车加工,就必须添置必要的车加工设备,这样又增加了企业的投入。插板阀一般零件较多,车加工部件增多,增加了工序,延长了车间制作时间,也增加了车间装配成本,给企业造成了负担。新型插板阀大多是激光切割件，都是用现成的板材进行切割，采购现成的型材,不需要提前预制。激光切割好后即可装配,组装出来的阀门精度有保证，产品的一致性也好,能批量生产和应用。连接法兰、液压缸的连接件等需车加工,车加工部件较少,减少了备货,缩短了制作周期闸门采用榫槽型结构,减少了焊接量,没有了焊接这道工序,整体变形相对减小,确保了密封性能,降低了装配难度,提高了经济效益。

1)连接法兰与框架的组装:利用平台、工装来组装连接法兰与框架(图7),保证法兰密封面与框架在同一平面内,并用磨光片去除焊接表面的水、油污等影响焊接质量的杂质。点焊固定,采用氩弧焊焊接，焊接电流90~110A,电压10~12 V,氣气流量8~10 mL/mi。不需要连续焊,采用间断焊,焊接长度50 mm,间距40 mm。

2)密封用斜锥环与框架的组装:密封斜锥环加工完成后,与框架正确组装,确保斜锥环与闸板的斜度相匹配(图8)。

3)框架之间的组装:两个框架之间用螺丝连接,但两板之间要保证距离一致。采用定距管,定距管经过车加工,保证长度误差在0.15 mm内。

2.4 新型插板阀的设计计算

本次设计参数如下:公称直径为250mm;驱动方式为液压驱动:适用温度≤100℃:阀体材质为不锈钢:适用介质为生活污水。