三偏心蝶閥設計中各個(gè)參數的選擇方法

1、概述

　　本文應用Solidworks軟件定性和定量分析三偏心蝶閥設計中各個(gè)參數的選擇方法。

　　三偏心蝶閥的各偏心參數及錐頂角的選取，決定了閥門(mén)開(kāi)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。

2 、結構分析

　　三偏心蝶閥(圖1)的整個(gè)關(guān)閉過(guò)程都不會(huì )出現干涉現象，在最終關(guān)閉瞬間整個(gè)密封面相互貼合，類(lèi)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(mén)，突破了以往蝶閥只能作為位置密封型閥門(mén)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(cháng)軸d、軸向偏心e、偏心角α和錐頂角β等7個(gè)參數可以確定三偏心蝶閥的密封副結構。d是由閥門(mén)的公稱(chēng)通徑DN確定，e是由閥門(mén)的蝶板厚度和閥軸直徑?jīng)Q定的，b和c是由閥門(mén)的設計壓力及密封面材料、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(wú)論參數如何選取，在閥門(mén)全關(guān)狀態(tài)下蝶板與閥體的密封副都是完全貼合的。開(kāi)啟閥門(mén)如果不發(fā)生干涉，則過(guò)關(guān)閥門(mén)密封副必將全面干涉(圖2a)。開(kāi)啟閥門(mén)如果有干涉產(chǎn)生，則過(guò)關(guān)閥門(mén)密封副將部分干涉、部分脫離(圖2b)。此時(shí)的參數選擇不可用。

　　(a)過(guò)關(guān)閥門(mén)密封副全面干涉

　　(b)過(guò)關(guān)閥門(mén)密封副部分干涉

圖2 閥門(mén)密封副工作狀態(tài)

　　只有當發(fā)生圖2a中的情況時(shí)，選擇的參數才是可用的，然而一臺閥門(mén)會(huì )有無(wú)數的參數組合能夠滿(mǎn)足圖2a中的情況。只有選擇出最優(yōu)的參數組合才能保證閥門(mén)的密封性能，降低閥門(mén)的制造難度。

4 、數據分析

　　以DN300超低溫蝶閥為例，分析各個(gè)參數選擇的方法。DN300超低溫蝶閥是設計應用于空分行業(yè)，需在-196℃深冷工況下長(cháng)期工作。此設計中d為290mm，e為35mm，b為8mm、c為20mm。通過(guò)Solidworks軟件可以確定a、α和β的取值范圍(表1)。

表1 參數a、α、β取值范圍

　　在參數a、α、β的取值范圍內，單一變換某一參數過(guò)關(guān)閥門(mén)0.3°，計算密封副的干涉量。以變換參數為橫坐標，干涉量為縱坐標繪制出參數與干涉量變化趨勢圖(圖3)。

圖3 參數與干涉量關(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，在不干涉的參數取值范圍內，徑向偏心、偏心角和錐頂角與干涉量呈正線(xiàn)性關(guān)系。

5 、結語(yǔ)

　　三偏心蝶閥的各個(gè)參數對閥門(mén)密封和干涉的影響是相互關(guān)聯(lián)的。同一設計要求下會(huì )有無(wú)數個(gè)參數組合能夠滿(mǎn)足設計要求。但要綜合考慮閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)扭矩，反向承壓能力，制造難度等各方面因素。通過(guò)Solidworks干涉計算可以了解各個(gè)參數變化對閥門(mén)性能變化的影響趨勢，從而選擇出最佳參數組合。