探討火電廠閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與設(shè)計

徐磊

摘要：閥門產(chǎn)品作為一類通用的機械產(chǎn)品，其產(chǎn)品設(shè)計具有一般機械產(chǎn)品設(shè)計的特點，同時，又必須遵循閥門行業(yè)和各自生產(chǎn)企業(yè)所特有的設(shè)計規(guī)范，閥門產(chǎn)品設(shè)計中涉及相關(guān)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計準(zhǔn)則、設(shè)計經(jīng)驗、設(shè)計實例等多方面的設(shè)計知識。本文針對火電廠中閥門的設(shè)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(shè)計領(lǐng)域中的知識構(gòu)成問題做了淺析，希望能夠給我國火電廠閥門的設(shè)計與應(yīng)用提供一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：火電廠；閥門；產(chǎn)品設(shè)計；知識表示

火力發(fā)電廠閥門作為一種通用機械產(chǎn)品，產(chǎn)品設(shè)計的特點，同時具有機械設(shè)計知識的一般知識，火電廠的閥門產(chǎn)品有不同的特點，從結(jié)構(gòu)和設(shè)計的通用機械產(chǎn)品。因此，針對火電廠閥門產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計過程，確定其產(chǎn)品設(shè)計的領(lǐng)域知識構(gòu)成，構(gòu)建火電廠閥門產(chǎn)品集成知識模型，實現(xiàn)火電廠閥門設(shè)計領(lǐng)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(shè)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(zhì)通過。從理論上講，用先進加工技術(shù)，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(xì)平，然后兩密封面相互接觸成為密封副，當(dāng)給密封副加上外載時，在相互擠壓作用下，兩密封面之間細(xì)小加工痕跡被壓平，兩密封面之間完全接觸。于是阻止介質(zhì)從密封副兩密封面之間通過，密封副達(dá)到密封。在現(xiàn)實中，無論什么先進加工技術(shù)，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(xì)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(dāng)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(nèi)邊緣接觸外邊緣不接觸，就是內(nèi)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(dāng)給密封副加外載時，其作用是相互接觸的凸峰產(chǎn)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(dá)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(nèi)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(dá)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(guān)鍵，當(dāng)暢通溝槽通道直徑很小，其最小直徑小于介質(zhì)分子直徑時，密封副達(dá)到密封，此密封稱絕對密封。當(dāng)暢通溝槽通道有部分直徑大，其最小直徑大于介質(zhì)分子直徑時，介質(zhì)可以通過這部分暢通溝槽通道由外腔流向內(nèi)腔或由內(nèi)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(zhì)若從一端流向另一端是非常難的，其通過流量非常細(xì)小。當(dāng)整個密封副暢通溝槽通道流量全部匯加起來，在規(guī)定時間內(nèi)總流量小于一滴或一個氣泡時，也可認(rèn)為密封副已達(dá)到密封，此密封稱為相對密封。

2 火電廠閥門的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與設(shè)計

火電廠閥門的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計基于管路系統(tǒng)對閥門提出的使用要求，即閥門設(shè)計應(yīng)滿足工作介質(zhì)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(shè)計的基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)上，即所謂的“設(shè)計輸入”，主要包括閥門的用途或種類、介質(zhì)的工作壓力、介質(zhì)的工作溫度、介質(zhì)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(qū)動方式也有很高的設(shè)計要求，根據(jù)使用要求和相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確定閥門產(chǎn)品的總體設(shè)計要求?？傮w設(shè)計數(shù)據(jù)作為閥門主要結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，導(dǎo)航和影響了整個產(chǎn)品的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，決定了產(chǎn)品各結(jié)構(gòu)參數(shù)的組成、選擇和驅(qū)動。因此，可將上述參數(shù)定義為產(chǎn)品實例的索引屬性，作為產(chǎn)品級實例檢索與重用的依據(jù)。

3 火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域知識構(gòu)成

閥門產(chǎn)品作為一類通用的機械產(chǎn)品，其產(chǎn)品設(shè)計具有一般機械產(chǎn)品設(shè)計的特點，同時，又必須遵循閥門行業(yè)和各自生產(chǎn)企業(yè)所特有的設(shè)計規(guī)范，閥門產(chǎn)品設(shè)計中涉及相關(guān)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計準(zhǔn)則、設(shè)計經(jīng)驗、設(shè)計實例等多方面的設(shè)計知識。

3.1 火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)

火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計必須在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下進行，閥門產(chǎn)品所采用的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，從標(biāo)準(zhǔn)級別來講，可以分為國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。另外，閥門產(chǎn)品設(shè)計的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有不同的適用范圍，有些標(biāo)準(zhǔn)是適用于各類閥門產(chǎn)品的，如閥門的公稱通徑標(biāo)準(zhǔn)系列和公稱壓力標(biāo)準(zhǔn)系列等；有些標(biāo)準(zhǔn)是針對具體的閥門品種的，如蝶閥閥座最小流道通徑標(biāo)準(zhǔn)、法蘭連接蝶閥結(jié)構(gòu)長度系列等。

3.2 火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗知識

針對火電廠閥門企業(yè)而言，在長期的閥門產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)過程中，會積累大量的經(jīng)驗知識，這些經(jīng)驗知識主要體現(xiàn)在閥門產(chǎn)品的一些關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)的取值，經(jīng)驗設(shè)計算法，具體閥門產(chǎn)品的典型結(jié)構(gòu)和外協(xié)外購零件的供貨信息等方面，經(jīng)驗知識有些存在于設(shè)計人員的腦海中，有些存在于已完成的產(chǎn)品設(shè)計實例中，往往不夠集中，不夠明顯?；痣姀S閥門產(chǎn)品設(shè)計中的經(jīng)驗知識主要包括以下幾個方面。其一，關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)經(jīng)驗值在火電廠閥門產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有一些關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)，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(shù)作為閥門產(chǎn)品設(shè)計的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，直接影響閥門產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，對這些參數(shù)的設(shè)計計算，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和手冊有些提供有計算公式，但很多公式也屬于經(jīng)驗公式，由于閥門產(chǎn)品設(shè)計工作情況復(fù)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(xué)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(shè)計的首要問題，在剛度計算模型不夠精確的前提下，經(jīng)驗數(shù)據(jù)往往具有更大的參考價值。其二，經(jīng)驗設(shè)計算法在閥門產(chǎn)品設(shè)計時，一些重要零部件的關(guān)鍵參數(shù)需要進行設(shè)計計算或校核，在相關(guān)的閥門設(shè)計手冊中，提供了相關(guān)的經(jīng)驗算法，另外具體的閥門生產(chǎn)企業(yè)在長期的實踐中，也總結(jié)了特有的經(jīng)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(chǎn)品設(shè)計中發(fā)揮著重要作用，是領(lǐng)域設(shè)計知識的重要組成部分。其三，在典型結(jié)構(gòu)閥門產(chǎn)品的設(shè)計長期設(shè)計經(jīng)驗中，企業(yè)對有些零部件積累了豐富的可選設(shè)計結(jié)構(gòu)，如雙偏心蝶閥的密封結(jié)構(gòu)，根據(jù)密封形式的不同，可選擇不同的密封結(jié)構(gòu)，分別對應(yīng)著不同的閥板和閥座結(jié)構(gòu)。

3.3 閥門產(chǎn)品設(shè)計知識表示

在明確火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域知識構(gòu)成的前提下，依據(jù)閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計特點，結(jié)合具體閥門產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和設(shè)計流程，構(gòu)建閥門產(chǎn)品設(shè)計的集成知識模型，實現(xiàn)設(shè)計知識的全面綜合表達(dá)，是實現(xiàn)知識驅(qū)動的閥門產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)和前提。在產(chǎn)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(gòu)建詳細(xì)的產(chǎn)品本體模型，通過對閥門產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計過程的研究分析發(fā)現(xiàn)，閥門產(chǎn)品設(shè)計在總體設(shè)計參數(shù)定義之下，按照設(shè)計過程確定的零部件生成順序，零部件間在結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)方面具有很強的繼承性和設(shè)計關(guān)聯(lián)性，產(chǎn)品上級構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式與尺寸參數(shù)，定義或?qū)Ш搅讼录壗Y(jié)構(gòu)構(gòu)件的生成。因此，按照零部件間的裝配和設(shè)計關(guān)聯(lián)關(guān)系，基于設(shè)計單元構(gòu)建特定閥門產(chǎn)品的本體模型。

4 結(jié)束語

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和火力發(fā)電廠的閥門產(chǎn)品設(shè)計過程中，組成和閥門產(chǎn)品設(shè)計知識的分類，使用本體和面向?qū)ο蟮乃枷牒头椒?，完成了基于設(shè)計單元的火電廠閥門產(chǎn)品本體模型的構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計的集成知識模型，實現(xiàn)了火電廠閥門產(chǎn)品領(lǐng)域設(shè)計知識的分層次綜合表達(dá)。

參考文獻(xiàn)：

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