三偏心蝶阀的阀板的偏心角及回转中心位置的优化设计.doc

? 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 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。 ??? 2 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α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P1、P2，则EP1EP2，EP1O1P，能够实现快速脱离密封面，而且EP1EA，因此A点也能顺利通过阀座，并实现接触密封。当蝶板继续关闭时，由于EA′EP1，故蝶板越关越紧，能实现阀门的自锁。 ??? 3 蝶板最佳偏心角的选择原则 ??? 3.1 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一定的密封比压。根据密封原理可知，应满足密封条件： ??? qmq[q]?? （1） ??? 式中q—实际密封比压，MPa??? [q]—密封材料的许用比压，MPa??? qm—必需密封比压，MPa ??? 必需密封比压值按下式计算： ??? ??? （2） ??? 式中C—与密封面材料有关的系数??? K—在给定密封材料情况下，考虑介质压力对比压值的影响系数??? P—介质工作压力，MPa??? bm—密封面接触宽度，mm ??? 由此可见，阀门密封必需密封比压qm与接触密封宽度bm有关。 ??? 而启闭时的摩擦力矩： ??? ???（3） ??? 式中 D—密封直径，mm??? H—轴向偏心距，mm??? fm—密封材料的摩擦系数 ??? 要减小启闭瞬间的摩擦力矩，需要尽可能地减小实际密封比压q，通常取q=1.4qm，代入式（3），同时也将式（2）代入式（3）整理后得： ??? ?? （4） ??? 从式（4）可知在其它条件不变的情况下，减小密封宽度可以减小摩擦力矩。根据式（1）知q=1.4qm[q]，代入式（2）整理后得： ??? ??? （5） ??? 由此可以看出，接触密封宽度bm在满足式（5）的条件下，可以根据实际情况适当取较小值。 ??? 3.2 蝶板的锥度2β的选择 ??? 蝶板的锥度大小与所选的密封材料的摩擦系数fm有关，为了使阀门在关闭位置时实现自锁，根据机械原理知： ??? tg2β≤fm??? （6） ??? 可以根据密封材料的摩擦系数fm计算出蝶板的锥度2β，然后结合实际情况选择合理的锥度。 ??? 3.3 蝶板的偏心角α的计算 ??? 由图1知，在坐标系X-Y中，根据几何学原理得： ??? φ=β-α ??? ??? 那么各点的坐标为O1（Rsinβ，0），A[Rsinβ-Rsin（β-α），Rcos（β-α）]，B[Rsinβ-Rsin（β+α），-Rcos（β+α）]，P0[-R（cosα-sin2β）/sinβ，Rsinα/sinβ]。 ??? 设直线P0P1的斜率为K1，则： ??? tgφ=K1=tg（β-α）? （7） ??? 圆O2的方程： ??? （x+rsinβ）2+[y-（R+r）cosβ]2=r2?? （8） ??? 式中r为密封圈密封半径，O1O2=R+r，圆心坐标：[-rsinβ，（r+R）cosβ] ??? 设直线P0A的方程y=K1x+b，将点A的坐标代入方程得到方程的截距为： ??? b=R[1-sin（β-α）sinβ]/cos（β-α） ??? 那么直线P0A的方程： ??? y=xtg（β-α）+Rcos（β-α）-R[sinβ-sin（β-α）]tg（β-α）（9） ??? 将式（9）代入式（8）求出其交点问距离即接触密封宽度bm： ??? （）2=r2sin2α-R2（1-cosα）2+2rR×（1-cosα）[cosβ+sinαsin（β-α）]÷cos（β-α）?? （10） ??? 而接触密封宽度bm在式（5）中已经确定，锥度2β也已知，将它们代入式（10）就可计算出符合要求的偏心角α。 ??? 4 蝶板最佳回转中心选择原则及计算 ??? 4.1 三偏心的位置分析 ??