三偏心蝶閥密封結(jié)構(gòu)和其幾何參數(shù)的分析與選定

 1 概述 
    三偏心蝶閥的各偏心參數(shù)及錐頂角的選取，決定了閥門開啟時(shí)是否干涉，關(guān)閉時(shí)密封面密封比壓是否均勻，及其密封的可靠性。本文應(yīng)用Solidworks軟件定性和定量分析三偏心蝶閥設(shè)計(jì)中各個(gè)參數(shù)的選擇方法。
    2 結(jié)構(gòu)分析
    三偏心蝶閥（圖1）的整個(gè)關(guān)閉過程都不會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，在*終關(guān)閉瞬間整個(gè)密封面相互貼合，類似于截止閥的關(guān)閉特性。因此三偏心蝶閥是扭矩密封型閥門，突破了以往蝶閥只能作為位置密封型閥門的限制。
    三偏心蝶閥的徑向偏心a、動(dòng)密封副厚度b、靜密封副厚度c、密封面橢圓長(zhǎng)軸d、軸向偏心e、偏心角α和錐頂角β等7個(gè)參數(shù)可以確定三偏心蝶閥的密封副結(jié)構(gòu)。d是由閥門的公稱通徑DN確定，e是由閥門的蝶板厚度和閥軸直徑?jīng)Q定的，b和c是由閥門的設(shè)計(jì)壓力及密封面材料、密封面密封比壓決定的，a、α和β的選擇則決定了三偏心蝶閥關(guān)閉時(shí)是否干涉及關(guān)閉后密封面密封比壓是否均勻，密封是否可靠。

圖1 三偏心蝶閥

    3 干涉分析
    無論參數(shù)如何選取，在閥門全關(guān)狀態(tài)下蝶板與閥體的密封副都是完全貼合的。開啟閥門如果不發(fā)生干涉，則過關(guān)閥門密封副必將全面干涉（圖2a）。開啟閥門如果有干涉產(chǎn)生，則過關(guān)閥門密封副將部分干涉、部分脫離（圖2b）。此時(shí)的參數(shù)選擇不可用。

（a）過關(guān)閥門密封副全面干涉
（b）過關(guān)閥門密封副部分干涉
圖2 閥門密封副工作狀態(tài)

    只有當(dāng)發(fā)生圖2a中的情況時(shí)，選擇的參數(shù)才是可用的，然而一臺(tái)閥門會(huì)有無數(shù)的參數(shù)組合能夠滿足圖2a中的情況。只有選擇出*優(yōu)的參數(shù)組合才能保證閥門的密封性能，降低閥門的制造難度。
    4 數(shù)據(jù)分析
    以DN300超低溫蝶閥為例，分析各個(gè)參數(shù)選擇的方法。DN300超低溫蝶閥是設(shè)計(jì)應(yīng)用于空分行業(yè)，需在-196℃深冷工況下長(zhǎng)期工作。此設(shè)計(jì)中d為290mm，e為35mm，b為8mm、c為20mm。通過Solidworks軟件可以確定a、α和β的取值范圍（表1）。

表1 參數(shù)a、α、β取值范圍

    在參數(shù)a、α、β的取值范圍內(nèi)，單一變換某一參數(shù)過關(guān)閥門0.3°，計(jì)算密封副的干涉量。以變換參數(shù)為橫坐標(biāo)，干涉量為縱坐標(biāo)繪制出參數(shù)與干涉量變化趨勢(shì)圖（圖3）。

（a）徑向偏心     （b）偏心角     （c）錐頂角
圖3 參數(shù)與干涉量關(guān)系

    從徑向偏心、偏心角、錐頂角與干涉量的關(guān)系可以看出，在不干涉的參數(shù)取值范圍內(nèi)，徑向偏心、偏心角和錐頂角與干涉量呈正線性關(guān)系。
    5 結(jié)語
    三偏心蝶閥的各個(gè)參數(shù)對(duì)閥門密封和干涉的影響是相互關(guān)聯(lián)的。同一設(shè)計(jì)要求下會(huì)有無數(shù)個(gè)參數(shù)組合能夠滿足設(shè)計(jì)要求。但要綜合考慮閥門的開、關(guān)扭矩，反向承壓能力，制造難度等各方面因素。通過Solidworks干涉計(jì)算可以了解各個(gè)參數(shù)變化對(duì)閥門性能變化的影響趨勢(shì)，從而選擇出*佳參數(shù)組合。