三偏心蝶阀的阀板的偏心角及回转中心位置的优化设计

1、5)三偏心蝶阀的阀板的偏心角及回转中心位置的优化设计引言近几年来，现代化工业的快速发展，使蝶阀广泛应用于先进的工艺过程。为此世界各国都在研究新的蝶阀密封结构形式，使其能够满足新的工艺要求。最近，我们在双偏心的基础上使蝶板的中心偏置一定的角度，形成三偏心密封结构，它保留了双偏心蝶阀的优点，同时又减小了偏心驱动力矩。但是，三偏心结构的设计相当复杂，合理选择回转中心的位置显得十分重要，本文就最佳偏心角和回转中心的优化设计进行探讨。三偏心结构的密封原理当前三偏心结构的密封副形式多种多样，有球形、抛物线形、锥面形等，由于锥面密封面的加工性能好，按一般工艺就可以保证其设计精度，在此，以锥面密封为例讨论其密

2、封原理。图1为三偏心蝶板的设计原理图。蝶板密封面为锥面，若采用正圆锥体，由于其大端直径大于阀座密封圈内径，启闭蝶板时容易与阀座发生干涉，采用偏心角为a的偏心锥面解决了这个问题。设回转中心为E点，密封最佳点为P、P，则EPEP，EPOP,能够实现快速脱离密封面，而且EPEA,因此A点也能1212111顺利通过阀座，并实现接触密封。当蝶板继续关闭时，由于EAEP，故蝶板越关越紧，能实现阀门的自1锁。團1三偏心结构蝶板最佳偏心角的选择原则保证阀门的密封性阀门的密封性是靠密封副间挤压变形后，阻断介质的渗透力而切断介质的流动来实现的。为了实现密封，在密封副间必须具备一定的密封力，具体反映在密封面上即需要

3、一定的密封比压。根据密封原理可知应满足密封条件：qq6则有rOP，rOP，但是其密封点在P的右侧，对三偏心的锥面密封，蝶板上密B12封点左侧的旋转半径均小于r，因此启闭过程不受影响，且具有快速脱离或密封的特性，减小了启闭过程B中的摩擦力矩。保证密封面的均匀变形当蝶板关闭时，依靠密封副间的过盈量产生挤压弹性变形实现密封，然而阀门的不断启闭使密封副间产生相对滑动而磨损。在结构上，过去的对称或轴向偏心形蝶阀，全开时在转轴位置处密封副间始终为挤压和磨损状态，容易过早泄漏。双偏心蝶阀解决了上述问题，不过双偏心密封副形式均为双球面接触，它们的加工比较复杂。现在研究开发的三偏心蝶阀密封结构，既保持了双偏心的

4、优点又提高了加工的工艺性但是三偏心密封结构的旋转中心的位置对弹性变形影响很大，为延长蝶阀的使用寿命，应当使密封副的过盈量尽量均匀。如图2所示，当蝶板旋转关闭后，继续转动角度中产生过关闭将产生过盈量。在AP。F中，设P=，ZPEF=中，ZFPE=90-6，ZFPE=90-6-中，PE=r，由文献1知：1A1010110110A11)由于r6AB12而R=D/2cos0(12)则P10，R/cos(0-a)，P2O，-R/cos(0+a)，所以13)将式（12）（14）代入式（11）整理后得：可见式（15）为圆的方程。圆心坐标为：2遇滋g昭-担鵠汀cos(-or)，圆的半径为：中夹角e式（15）4

5、.3cosa-sin2cos2s+cos20，只要回转中心E在该圆上都满足均匀变形的条件，该圆方程和e的取值对e点的坐标影响很大。根据文献1知，满足蝶板弹性变形的条件为e=e，这与12矛盾，为了兼顾这两个条件，结合式（11）取e和e值接近，12121n1.1，2e、eH，根据式（3）知这种情况下启闭瞬间摩擦力矩增大。EEE为了减小摩擦力矩，各个零部件的结构应在满足机械强度设计的前提下，结合实际情况合理选取x的值，E通常取回转中心的轴向偏心距x=H或略小于H。Ee和e的确定12首先根据蝶阀的实际参数、零部件结构和式（11）来确定，r、r一般为n广1.1。大口径阀门取n接AB近1,小口径阀门取大一

6、些，当比值n选定后，将式（11）代入式（15）求出e和e的值，再将e和e1212代入式（16）求出最佳的径向偏心距y值。Er、s、b的合理选择m由几何学原理知：（17）式中s密封过盈量（弹性变形量）密封宽度b由必需密封比压决定，而弹性过盈量s大小受密封材料的弹性模量限制。密封材料的弹性m模量越大引起弹性变形所需要的作用力也越大，根据式（17）知，b一定时，适当增加密封圈的密封半径rm值，可以减小s值，同时也减小驱动力矩。举例比较以DN300、PN0.6MPa为例进行比较，D=290，r=8，n=1.05，b=4.23，0=11，根据式（10）计算出1ma=3.5，将x=H=28.18514代入式（16）和式（15）求出e=3.756，e=3.578，然后再将以上各值E12代入式（16）求出y=3.66。E由文献1知，对于双偏心蝶板结构，在同样条件下：18)将以上各值代入式（18）得y=3.67，通过两个值y的比较可知，它们的偏心力矩接近，但此时实际9EE和e的值太小，阀门开启时两密封体不能及早分离。12结论（1）由于偏心角a大小影响着密封比压和过盈量，是决定阀门启闭性能的关键因素，这里讨论的偏心角a取值方法是以密封宽度为主要因素，使偏心角a的选择有