1 概述

    隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，各行業(yè)對(duì)設(shè)備的性能要求越來越嚴(yán)格。在可燃性氣體管道中，起切斷作用的雙偏心蝶閥以其重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，操作靈活，密封可靠和可調(diào)節(jié)流量等優(yōu)點(diǎn)受到用戶青睞，得到了廣泛的應(yīng)用，但在使用過程中也暴露出了缺點(diǎn)。為克服雙偏心蝶閥的不足，開發(fā)研制了三偏心蝶閥。

    2 密封原理

    雙偏心蝶閥的密封原理如圖1所示，C點(diǎn)為蝶板軸線位置，A、B兩點(diǎn)為蝶板與閥座密封面相接觸的兩點(diǎn)，α為閥座密封圓錐面的頂角。由該圖可知，∠A、∠B和∠α必須滿足條件∠B>∠A，才能使蝶板實(shí)現(xiàn)無(wú)干涉啟閉動(dòng)作。設(shè)α不變。則AB線的位置不允許有較大的變動(dòng)。這就限制了雙偏心蝶閥的密封方式，蝶板和閥體只能采用線接觸密封，依靠蝶板或閥體上的彈性元件產(chǎn)生變形加大密封面寬度。另外，在蝶板圓周上，各點(diǎn)的壓力角變化較大。為了保證密封，只能使蝶板或閥體的彈性元件產(chǎn)生更大的變形。這就使得蝶板及閥體密封面的摩擦現(xiàn)象非常嚴(yán)重。尤其在閥門密封面靠近軸兩端的部分，長(zhǎng)期使用時(shí)容易產(chǎn)生擦傷.造成密封失效。

    在雙偏心蝶閥的基礎(chǔ)上開發(fā)的三偏心蝶閥克服了雙偏心蝶閥的缺點(diǎn)。三偏心是指蝶板轉(zhuǎn)動(dòng)軸與閥體中心線相對(duì)偏心，蝶板轉(zhuǎn)動(dòng)軸與蝶板平面相對(duì)偏心，蝶板相對(duì)閥體斜置，圓錐形密封面中心線相對(duì)于閥門中心線偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度（圖2）。

    三偏心蝶閥蝶板在圓周方向可保證各點(diǎn)的密封正壓力分布均勻，*小壓力角大于由密封材料所決定的摩擦角，從而杜絕了二者之間相互夾持卡塞的現(xiàn)象。蝶板和閥體不需要太大的變形即可保證密封時(shí)的零滲漏。蝶板與閥體密封面為面接觸。閥門開啟和關(guān)閉時(shí)，蝶板與閥座密封副間無(wú)摩擦。按需要可分別采用軟、硬密封面。圓錐形密封面的密封特性，使閥門因溫度變化麗熱脹冷縮時(shí)具有自補(bǔ)償功能，以保持始終不變的密封效果。這些優(yōu)點(diǎn)保證了三偏心蝶閥具有壽命長(zhǎng)，操作靈活，耐高溫及無(wú)泄露密封的特性，是純凈介質(zhì)管道中起切斷作用的設(shè)備。

    3 蝶板密封壓力角

    與雙偏心蝶閥相比，三偏心蝶閥密封面壓力角的變化較�。▓D3）。其閥座圓錐形密封面方程為

    其中

    再用過Z軸并與ZOY平面夾角為θ的平面剖切該錐面。

    解方程組

    得交線方程

    再建立閥體密封面的斜剖面方程為

    tgβy+z=h-Rtgβ

    解方程組

    得交點(diǎn)B的坐標(biāo)為

    該點(diǎn)即為閥體密封面上任意點(diǎn)的坐標(biāo)。

    由初始條件可求出閥軸線方程為

    其中α為閥門軸線與閥門中心線的偏心量，R1近似為閥門通徑的一半，如圖2所示。

    由B點(diǎn)向該直線做垂線BE，則過B點(diǎn)與BE及閥門軸線垂直的直線方程為

    該直線即為閥體密封面上點(diǎn)B的運(yùn)動(dòng)方向，它與xoz平面的交點(diǎn)A的坐標(biāo)為

    而B點(diǎn)的受力方向應(yīng)為過該點(diǎn)并與它所在圓錐面母線垂直，而且過圓錐面軸線的直線方向，該直線與z軸的交點(diǎn)D的坐標(biāo)為

    其中

    在由DBA三點(diǎn)構(gòu)成的三角形中，∠DBA即為閥體密封面上B點(diǎn)的壓力角，由余弦定理可知其值為

    其中

    通過計(jì)算，可以獲得θ角從0°~360°圓周方向的壓力角，其曲線如圖4。其中各初始參數(shù)為：α=γ=20°、R1=500、α=50。該組參數(shù)并非*佳，只為示范。如果優(yōu)化得到*佳的數(shù)值，可以獲得更平緩的壓力角變化曲線。盡管如此，仍然可以看出，三偏心蝶閥能夠在360°圓周上保證密封。另外，當(dāng)?shù)宕蜷_或關(guān)閉的瞬間，蝶板與閥體相接觸點(diǎn)面的距離也可以通過該方法進(jìn)行坐標(biāo)變換得到。

    三偏心蜂閻對(duì)與密封有關(guān)的尺寸和位置精度要求較高，除提高加工精度外，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上改進(jìn)，降低成本，以便于在普通機(jī)床上加工。實(shí)踐中，蝶板和閥體均采用了專用夾具，蝶板軸線位置三維可調(diào)，消除因加工精度不足而產(chǎn)生的位置度誤差。雙偏心調(diào)整機(jī)構(gòu)的原理如圖5所示。坐標(biāo)原點(diǎn)為套2的中心，套l中心與套2中心有一個(gè)偏心量α，套l內(nèi)孔中心與套1外圓中心有一個(gè)反向偏心量α。通過調(diào)整套1和套2的旋轉(zhuǎn)角度�？墒固�1內(nèi)孔中心線在以初始位置為圓心，2α為半徑的位置任意可調(diào)，滿足如下關(guān)系

    式中α為套2轉(zhuǎn)角，β為套1轉(zhuǎn)角，y為套1內(nèi)孔中心的y方向坐標(biāo)，x為套1內(nèi)孔中心的x方向坐標(biāo)。

    4 結(jié)語(yǔ)

    三偏心蝶閥在適用不同工況時(shí)，密封性能不同，如介質(zhì)中雜質(zhì)含量較高時(shí). 閥門的密封效果受影響較大，但在純凈介質(zhì)中仍不失為一種設(shè)備。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動(dòng)化儀表有限公司