三偏心金屬密封蝶閥蝶板密封圈結構分析與研究

2014-09-12 韓國鵬沈陽(yáng)盛世高中壓閥門(mén)有閥限公司

　　根據三偏心金屬密封蝶閥蝶板的特點(diǎn)，利用有限元分析軟件分別對加彈性槽的金屬密封蝶板和未加彈性槽的金屬密封蝶板進(jìn)行了應力分析，優(yōu)化設計。得出了蝶板彈性槽結構形式及其介質(zhì)流向對閥門(mén)密封性能的影響因素和相關(guān)數據。

1、概述

　　蝶板是蝶閥的關(guān)鍵零部件之一，在蝶閥中蝶板主要起到使介質(zhì)流通和阻斷的作用。密封副的形式?jīng)Q定了蝶板的結構。蝶閥的密封副可分為非金屬( 軟) 密封和金屬( 硬) 密封，軟密封蝶閥的蝶板結構可大致分為蝶板本體( 即與閥桿固定部分) 、密封圈及壓緊環(huán)。金屬密封蝶閥的蝶板結構相對簡(jiǎn)單，蝶板為一體零件，只需在密封面堆焊耐磨耐腐蝕材料。針對金屬密封蝶閥加彈性槽的金屬密封蝶板和未加彈性槽的金屬密封蝶板的結構，采用有限元分析軟件分別對其進(jìn)行應力分析，得出蝶板彈性槽結構形式對閥門(mén)密封性能的影響及其結構的優(yōu)化設計。

2、結構分析

　　三偏心金屬密封蝶閥的密封圈( 不論裝在閥座上或蝶板上) 具有一定的彈性，而且定位凸臺與密封圈之間有少量的間隙可使彈性圈稍有位移。在閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，受關(guān)閉力的作用，彈性體密封圈能自動(dòng)移至受力最均勻的位置，再加上彈性圈的少量變形，使閥座處的密封圈均勻受力，達到最佳密封狀態(tài)。三偏心金屬密封蝶閥在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題。

　　(1) 由于多層軟硬疊式密封圈固定在蝶板上，當蝶板常開(kāi)狀態(tài)時(shí)介質(zhì)對其密封面形成正面沖刷，金屬片夾層中的軟密封帶受沖刷后，直接影響密封性能。

　　(2) 受結構條件的限制，三偏心金屬密封蝶閥不適用于通徑DN > 200mm 的閥門(mén)，其原因是蝶板整體結構厚，流阻大。

　　(3) 根據三偏心閥門(mén)結構的原理，在流道介質(zhì)正流狀態(tài)時(shí)，介質(zhì)壓力越高密封擠壓越緊。當流道介質(zhì)逆流時(shí)，隨著(zhù)介質(zhì)壓力的增大蝶板與閥座之間的實(shí)際密封比壓小于必需比壓或閥桿發(fā)生變形時(shí)，密封開(kāi)始泄漏。

　　在原有基礎上將多層次的密封圈更換，采用金屬直接加工而成。為使密封圈仍具有一定的彈性，選擇U 形彈性槽結構。根據應用介質(zhì)及壓力溫度不同，選擇合適的密封圈材質(zhì)，也可以用堆焊或者表面處理等技術(shù)控制密封面的性能。利用SolidWorks Simulation 對密封圈形式進(jìn)行分析和對比，其中，假定介質(zhì)壓力為5. 0MPa，A 為原有多層次密封圈，B 為改進(jìn)后U 形彈性槽密封圈( 圖1) 。

蝶板密封副結構

1. 蝶板 2. 密封圈 3. 圓柱銷(xiāo) 4. 壓緊環(huán) 5. 石墨墊片

圖1 蝶板密封副結構

表1 變形量對比

變形量對比

　　根據位移云圖( 圖2 ～圖6) 和表1 可以看出，進(jìn)口和出口方向都設計彈性槽的密封圈變形量較大，至少是原結構的10 倍以上。

不加彈性槽

圖2 不加彈性槽

進(jìn)口方向加彈性槽

圖3 進(jìn)口方向加彈性槽

　　彈性密封圈在介質(zhì)力作用下發(fā)生彈性形變，補償了加工過(guò)程中的誤差，增加了實(shí)際密封比壓，密封性能得到明顯提高。在反向密封時(shí)，由于閥桿和蝶板軸孔及閥體軸孔都是間隙配合，在介質(zhì)力作用下密封面的實(shí)際比壓會(huì )降低，彈性槽的變形會(huì )起到一定的彌補作用，在雙向互換管路中可以達到反向密封。與多層軟硬疊式密封面相比，密封面對介質(zhì)的正面沖刷基本不受影響。金屬材料彈性密封圈可有效防止火災，使用安全并其壽命更長(cháng)。小口徑閥門(mén)可以采用整體蝶板的結構形式，即蝶板、密封圈及其壓緊環(huán)整合為一個(gè)零件。在高溫高壓、雙向互換或腐蝕性介質(zhì)管路上都可以應用，適用范圍明顯提高。

出口方向加彈性槽