1、高溫三偏心金屬硬密封蝶閥設(shè)計(jì)概述 高溫三偏心金屬硬密封蝶閥設(shè)計(jì) 高溫三偏心蝶閥設(shè)計(jì)

之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹本文應(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。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(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。高溫三偏心金屬硬密封蝶閥技術(shù)難點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

1、閥門選材。

2、解決閥門抱死難題，計(jì)算高溫材料膨脹間隙量。

3、高溫材料的焊接和硬化。

4、三維仿真模擬高溫條件下受力分析試驗(yàn)。

5、工藝實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

6、模具制作。三偏心蝶閥是在二偏心蝶閥基礎(chǔ)上生成一個(gè)角度（密封面為斜錐面），從而形成三偏心蝶閥。該結(jié)構(gòu)在啟閉過(guò)程中無(wú)機(jī)械磨損和擦傷，其關(guān)閉力矩小、切斷性能好、使用壽命長(zhǎng)，同時(shí)具有調(diào)節(jié)和切斷兩種功能。

2 、高溫三偏心金屬硬密封蝶閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)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(xiàn)干涉現(xiàn)象，在zui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。

上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥三偏心蝶閥設(shè)計(jì)中各個(gè)參數(shù)的選擇方法本系列產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、環(huán)保、輕紡、造紙等工業(yè)部門的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。適用于液體、氣體、煤氣、天然氣、蒸汽等介質(zhì)進(jìn)行截止或調(diào)節(jié)流量控制。

解決方法主要涵蓋以下幾個(gè)部分：
(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案：蝶閥的形式有多種，比如中線型蝶閥、雙偏心蝶閥及三偏心蝶閥等，前兩種蝶閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，制造成本相對(duì)較低，但中線型蝶閥的上、下軸處的閥座位置密封性差;雙偏心蝶閥存在幾何干涉，閥座必須設(shè)計(jì)為彈性的，才能克服上下軸處的干涉從而達(dá)到密封。高溫情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)件之間的結(jié)構(gòu)及間隙設(shè)計(jì)，也是一個(gè)很大的難點(diǎn)，一定要保證高溫狀態(tài)下開(kāi)關(guān)順暢，且密封性良好。但是處在800℃高溫環(huán)境下彈性閥座有可能失效而使整個(gè)操作系統(tǒng)失效。zui后經(jīng)過(guò)多方探討和研究決定采用三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)形式，雖然設(shè)計(jì)、加工難度增加了數(shù)倍，但應(yīng)用在這樣的工況環(huán)境下是可靠的。
(2)耐高溫材料的選擇：800℃高溫環(huán)境，相當(dāng)于將閥門置身于一個(gè)煉鋼爐里，要使閥門的開(kāi)關(guān)正常密封良好，材料選擇是難題，特別是起到密封作用的填料、密封墊等非金屬材料。
(3)模具制作上，是整個(gè)加工制造工藝中zui難的，由于口徑大，對(duì)制作設(shè)備要求很高。
(4)加工和焊接和裝備：DN1800高溫三偏心蝶閥，外形尺寸龐大，閥體外徑2250mm，閥體總高3820mm，密封圈zui外徑1722mm，大口徑閥門加工困難，對(duì)制作加工胎具的精度要求較高，密封面堆焊工藝復(fù)雜，焊接難度大，采用高精度機(jī)床和技工，并通過(guò)外聘專家解決焊接和加工中的各種問(wèn)題，甚至借用造船廠大口徑加工設(shè)備，完成閥門的裝配和打壓調(diào)試。制作過(guò)程復(fù)雜，還需加工與之匹配的加工胎具，加工難度可想而知。
(5)高溫試驗(yàn)：材料的強(qiáng)度和可靠性能否保證，都必須通過(guò)試驗(yàn)得到zui后的數(shù)據(jù)，為了確保閥門的可靠運(yùn)行，我們了有資質(zhì)和有實(shí)力的熱處理公司，讓閥門在高溫環(huán)境800℃的環(huán)境中進(jìn)行閥門動(dòng)作試驗(yàn)，經(jīng)受住了苛刻工況的考驗(yàn)。圖1 三偏心蝶閥

3 、干涉分析
無(wú)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*貼合的。開(kāi)啟閥門如果不發(fā)生干涉，則過(guò)關(guān)閥門密封副必將全面干涉(圖2a)。開(kāi)啟閥門如果有干涉產(chǎn)生，則過(guò)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(guò)關(guān)閥門密封副全面干涉

(b)過(guò)關(guān)閥門密封副部分干涉

三偏心蝶閥設(shè)計(jì)中各個(gè)參數(shù)的選擇方法圖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(wú)數(shù)的參數(shù)組合能夠滿足圖2a中的情況。只有選擇出*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(guò)Solidworks軟件可以確定a、α和β的取值范圍(表1)。

三偏心蝶閥設(shè)計(jì)中各個(gè)參數(shù)的選擇方法表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(guò)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)。

三偏心蝶閥設(shè)計(jì)中各個(gè)參數(shù)的選擇方法(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(yǔ)
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(wú)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(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(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*參數(shù)組合。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥