D343H硬密封三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)方案

【資料簡(jiǎn)介】

D343H硬密封三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)方案

三偏心硬密封蝶閥目前在國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)已經(jīng)非常普遍，對(duì)于第三偏心的密封面結(jié)構(gòu)一般為成熟的斜置圓錐面形式，實(shí)際還有另外一種斜圓錐面密封形式。文章針對(duì)這兩種密封面形式進(jìn)行了分析和對(duì)比。本實(shí)用新型公開了一種低扭矩高性能三偏心硬密封蝶閥結(jié)構(gòu),涉及蝶閥密封技術(shù)領(lǐng)域,包括底座,所述底座的一側(cè)安裝有閥體,所述底座的一側(cè)設(shè)置有貫穿至閥體一端的閥桿,所述閥體的中間位置處設(shè)置有閥座,所述閥座的內(nèi)部設(shè)置有與閥體腔相配合的蝶板,所述蝶板的外側(cè)安裝有蝶板壓圈,所述蝶板壓圈與蝶板的連接位置處設(shè)置有蝶板密封圈.本實(shí)用新型通過設(shè)置將蝶板,蝶板密封圈,蝶板壓圈分開組合,加工過程不必要考慮方向性及角度的配合,使得組裝更加簡(jiǎn)單,通過將個(gè)零件分開組合,使得維修保養(yǎng)時(shí),不需要拆開單個(gè)檢修,考慮零件單配的問題,只需跟換相同規(guī)格的配件,就能實(shí)現(xiàn)維修的目的,單方面的減少了庫(kù)存的成本,提高了加工的效率.

1 D343H硬密封三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)方案概述

從20世紀(jì)八九十年代開始，我國(guó)的蝶閥生產(chǎn)和制造速度突飛猛進(jìn)，吸收了很多國(guó)外的技術(shù)，特別是三偏心蝶閥，在原有的中線蝶閥、單偏心蝶閥、雙偏心蝶閥基礎(chǔ)上又有了結(jié)構(gòu)上的飛躍，避免了開啟時(shí)候的力矩問題，實(shí)現(xiàn)了瞬間*開啟、關(guān)閉的功能。三偏心蝶閥的密封面的設(shè)計(jì)加工是三偏心技術(shù)的核心，直接影響到產(chǎn)品的性能。本文涉及到的兩種密封面方式各有自己的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，根據(jù)具體的情況來選擇合適的密封形式。

是一種長(zhǎng)壽命，節(jié)能型蝶閥。 結(jié)構(gòu)采用三維偏心原理設(shè)計(jì)，彈性密封和軟硬多層密封兼容新的加工工藝，使蝶閥在運(yùn)行過程中減小扭矩力，達(dá)到節(jié)省勞動(dòng)力和節(jié)能的功能。從而確保整體耐腐蝕性，耐高溫性和抗損壞性。 適用于食品，醫(yī)藥，石油化工，發(fā)電廠，鋼鐵廠，工業(yè)環(huán)境水處理和高層建筑，用于調(diào)節(jié)流量和攔截流體的給排水管道。  

D343H硬密封三偏心蝶閥特點(diǎn)：
1、法蘭式金屬硬密封蝶閥采用三偏心密封結(jié)構(gòu)，閥座與蝶板幾乎無磨損，具有越關(guān)越緊的密封功能
2、蝶閥密封圈選用不銹鋼制作，具有金屬硬密封和彈性密封的雙重優(yōu)點(diǎn)，無論在低溫和高溫的情況下，均具有優(yōu)良的密封性能，具有耐腐蝕,使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)
3、蝶板密封面采用堆焊鈷基硬質(zhì)合金，密封面耐磨損，使用壽命長(zhǎng)
4、大規(guī)格蝶板采用絎架結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，過流面積大，流阻小
5、金屬硬密封蝶閥具有雙向密封功能，安裝時(shí)不受介質(zhì)流向的限制，也不受空間位置的影響，可在任何方向安裝
6、驅(qū)動(dòng)裝置可以多工位（旋轉(zhuǎn)90°或180°）安裝，便于用戶使用。

D343H硬密封三偏心蝶閥型號(hào)表示：

閥門類型代號(hào)：“D”表示蝶閥
傳動(dòng)形式代號(hào)：“3”表示渦輪驅(qū)動(dòng)
連接形式代號(hào)：“4”表示法蘭式連接
結(jié)構(gòu)形式代號(hào)：“3”表示多層次三偏心
密封面材料代號(hào)：“W”表示本體密封

2 D343H硬密封三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)分析

首先是對(duì)密封面的一個(gè)說明，如圖1所示，密封面分為閥座密封面和閥板密封面：兩個(gè)表面的形狀都是圓錐的斜面，而且這兩個(gè)表面必須是出自同一個(gè)圓錐的表面才能夠保證兩個(gè)密封面能夠貼合，從而實(shí)現(xiàn)密封的目的。本蝶閥系吸收、消化，采用三維偏心多層次金屬密封結(jié)構(gòu)，適用介質(zhì)溫度≤550℃冶金、電力、石油化工以及給排水等管道上作調(diào)節(jié)流量和截?cái)嗔黧w的裝置。

特點(diǎn)

1、蝶板密封圈為軟硬層疊式金屬片，具有金屬硬密封和彈性密封的雙重優(yōu)點(diǎn)，無論在低溫和高溫情況下，均具有優(yōu)良的密封性能。

2、采用三維偏心結(jié)構(gòu)、閥座與蝶板幾乎無磨擦，具有越關(guān)越緊的密封功能。

3、閥體密封面，采用堆焊不銹鋼、鈷基硬質(zhì)合金、密封面耐磨損，使用壽命長(zhǎng)。

4、結(jié)構(gòu)，操作靈活、省力、方便、不受介質(zhì)壓力的高、低影響、密封性能可靠，使用壽命長(zhǎng)。

通常的雙偏心蝶閥b（偏離管道中心）和a（偏離密封面中心線）所示的那樣，目的是減少閥座與密封件之間大約15°行程的磨擦。增加了一的偏心角β，傾斜的錐形不僅克服了閥門啟閉中密封和閥座之間的所有接觸摩擦，從而增加使用壽命，而且通過外加力矩的改變可以任意調(diào)整其密封比壓，使其密封更為可靠，絕不出現(xiàn)過關(guān) 現(xiàn)象。

2.1 正圓錐

正圓錐是指一個(gè)完整回轉(zhuǎn)體形成的圓錐，即用一個(gè)直角三角形繞直角邊旋轉(zhuǎn)360°得到的圓錐，如圖2所示，每一個(gè)豎截面都是軸對(duì)稱，而使用密封面則是將圓錐橫置后，一條母線水平，截取中間的一段作為密封的部分，參考圖3所示：

從豎直方面看的截面來看，每個(gè)截面都是橢圓形，這是目前非常普遍的應(yīng)用形式，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)相對(duì)容易理解，只是將圓錐平置即可。圓錐的三維模型。

2.2 斜圓錐

斜圓錐從外形來說和正圓錐區(qū)別并不是非常大，如下圖6所示，兩個(gè)圓錐的對(duì)比，頂角同為25°夾角，高度為352mm，底面截面尺寸：正圓錐橢圓截面長(zhǎng)軸164.13，短軸159.85，斜圓錐底面直徑為160mm。兩個(gè)圓錐的三維模型參考圖6，從圖6可以看出，兩個(gè)模型總體差別小，如果不通過測(cè)量的方式用肉眼很難分辨出兩者的差異。從底面觀察可以看到細(xì)微的差別，但是由于圓錐角度并不是很大，所以正圓錐的斜截面形成的橢圓長(zhǎng)短軸差異很小，比如這個(gè)模型中的長(zhǎng)短軸也就差異4mm，通過肉眼也不容易分辨出來。

斜圓錐的建模原理和正圓錐的回轉(zhuǎn)方式*不同，不是通過回轉(zhuǎn)形成的幾何體，在建模軟件中無法通過旋轉(zhuǎn)命令完成，而是通過不同的圓截面“堆積”而成，所有圓形截面都與一條母線相切，并且圓心都通過一條直線，三維模型建模時(shí)候可以通過混合掃描的方式來實(shí)現(xiàn)，構(gòu)圖的原理可以按照?qǐng)D7進(jìn)行說明。

綜上所述，兩種圓錐的不同之處就是底面的截面，正圓錐是橢圓，可以理解為無限多個(gè)橢圓“堆積”而成，所有橢圓的中心在一條直線上；斜圓錐是正圓，可以理解為無限多個(gè)正圓“堆積”而成，所有的圓形的圓心都在一條直線上。

3 D343H硬密封三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)方案兩種密封表面的特點(diǎn)對(duì)比

因?yàn)檫@兩種圓錐面的形成原理不同，所以從產(chǎn)品自己的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還是加工特性以及相應(yīng)影響到的產(chǎn)品性能方面都有所差別，下面就分別就這幾個(gè)方面對(duì)正圓錐密封面和斜圓錐密封面進(jìn)行分析。

3.1 正圓錐

3.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。正圓錐本身是回轉(zhuǎn)體，具有高度的軸對(duì)稱性，而所使用的密封部分是圓錐的側(cè)面，如圖8所示黑色表面部分。如圖9所示，該例子圓錐角度為頂角25°，那么在圖示分別的①②③④點(diǎn)所在圓錐母線與水平位置所呈現(xiàn)的角度均不同，①點(diǎn)的角度正好為25°，②④的角度為頂角的一半，即12.5°，而③的角度則為0°，實(shí)際在密封的應(yīng)用當(dāng)中，①和③點(diǎn)位于閥門的水平位置（如圖10所示），在開啟/關(guān)閉的一瞬間，整個(gè)圓錐密封面同時(shí)脫離/接觸閥體上對(duì)應(yīng)的密封面。同理在閥體（閥座）的密封環(huán)上，對(duì)應(yīng)的是同樣的25°角度的正圓錐，且相應(yīng)的點(diǎn)位必須嚴(yán)格一一對(duì)應(yīng)，小的配合誤差都會(huì)導(dǎo)致蝶閥發(fā)生內(nèi)漏的可能。同樣從圖8所示的位置，我們可以看到從平行于圓錐底面（被斜截后）來觀察，每個(gè)截面都是橢圓形，而橢圓和原始正圓錐的頂角θ和底面半徑R存在一定的幾何關(guān)系（見圖11），假定截面過正圓錐的底面邊界點(diǎn)，我們可以看到，橢圓的長(zhǎng)軸2a=2R*θ，模型中R=80，θ=12.5°，則可以求出橢圓的長(zhǎng)半軸a=R*θ=80*cos（12.5°）=78.1037，長(zhǎng)軸2a=156.2074，從實(shí)際的3D模型里面測(cè)量的結(jié)果為156.207，*一致（見圖12）。而橢圓的短軸尺寸計(jì)算起來相對(duì)麻煩，所以借助3D模型可以輕松得到橢圓短軸的長(zhǎng)度（見圖13），短軸2b=152.136。

從結(jié)果來看，橢圓的長(zhǎng)短軸差異并不是很大，但是如果是大口徑的閥門，長(zhǎng)短軸的差異就會(huì)被放大，從圖14的角度來看，同樣的在閥座的位置，寬度在①～④點(diǎn)是不同的，因?yàn)橥膺吔缡钦龍A形，密封面截面是橢圓形，這樣的結(jié)果會(huì)是①③點(diǎn)寬度要小于②點(diǎn)和④點(diǎn)，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)空間上面會(huì)受到一定的影響，尺寸越大，這種影響可能會(huì)越大。

3.1.2 加工特點(diǎn)。從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以看到，這種密封面形式是通過回轉(zhuǎn)體來實(shí)現(xiàn)的，這樣通過回轉(zhuǎn)加工的設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)外形特征，比如普通的車床，只需要搭配上相應(yīng)的加工胎具，則可以實(shí)現(xiàn)，如圖15所示的加工方法，在三角形中深灰色為固定密封面毛坯的胎具，淺灰色為密封面毛坯，刀具也成一定角度（取決于設(shè)計(jì)的圓錐頂角角度），車削需要的密封面。實(shí)際的加工胎具照片和加工成型的刀具（后期磨削的工序，需要配上相應(yīng)的磨頭）見圖16，普通臥式車床就可以實(shí)現(xiàn)小口徑的密封環(huán)的加工，大口徑，通常DN700以上都使用立式車床來實(shí)現(xiàn)，實(shí)際加工例子可以參考圖17。根據(jù)密封面的粗糙度要求，后期通過磨削達(dá)到相應(yīng)的要求（0.4～0.8微米）。

3.1.3 性能相關(guān)特點(diǎn)。正圓錐密封面加工起來相對(duì)方便，利用傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)加工設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)，但是由于每個(gè)截面都是橢圓，存在長(zhǎng)短軸的差異，整個(gè)產(chǎn)品的外觀會(huì)體現(xiàn)出不規(guī)則的感覺，尺寸越大這種差別會(huì)更加明顯，對(duì)于開啟摩擦力的影響，根據(jù)以往相關(guān)摩擦力矩理論分析相關(guān)文獻(xiàn)可知，圓錐角越大則摩擦力矩越小。為了盡可能減小摩擦開啟力矩，那么就需要增大圓錐頂角，但是角度增大的同時(shí)又會(huì)受到外形的影響，需要在兩者之間取一個(gè)平衡。

3.2 斜圓錐

3.2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。斜圓錐本身是非回轉(zhuǎn)體，不具備對(duì)稱性的特點(diǎn)，使用的密封部分同樣也是圓錐的側(cè)面，這部分和正圓錐的部分基本沒有差別，具體可以參考前面提到的正圓錐的部分。區(qū)別點(diǎn)就是斜圓錐的每一個(gè)截面都是正圓形，按照?qǐng)D14所示的①～④點(diǎn)的距離是*一致的，正因?yàn)槿绱耍筒淮嬖谶吔绮町惖膯栴}，更不會(huì)像正圓錐那樣隨著口徑的增大而放大這種差異。

3.2.2 加工特點(diǎn)。因?yàn)樾眻A錐的非對(duì)稱的特點(diǎn)，使得斜圓錐密封面的加工要求跟正圓錐密封面*不同，無法使用原來回轉(zhuǎn)設(shè)備（臥式車床或者立式車床），所以就必須使用加工中心的設(shè)備來制作，從斜圓錐的成型原理可以理解為：每一層的正圓形逐層堆砌而成，根據(jù)加工中心的數(shù)控編程，可以采用“積分”的形式來進(jìn)行逐層的加工，從而實(shí)現(xiàn)斜圓錐的外輪廓。實(shí)際的加工方式可以通過加工中心立式銑削的方法來完成，不需要特殊的加工胎具去調(diào)整角度，*可以通過數(shù)控編程來實(shí)現(xiàn)，只需要標(biāo)記好起始加工位置即可。

3.2.3 性能相關(guān)特點(diǎn)。斜圓錐密封面加工起來相對(duì)復(fù)雜，普通的加工設(shè)備無法滿足，只能通過數(shù)控加工中心來實(shí)現(xiàn)。完成品截面都為正圓，從外形來說非常規(guī)則，特別是對(duì)于大口徑來說相對(duì)于正圓錐的長(zhǎng)短軸偏差的優(yōu)勢(shì)就更加明顯。從產(chǎn)品的性能角度來說，密封的效果和正圓錐斜面的密封效果相同，沒有差別，但是對(duì)于閥門的開啟摩擦力矩，斜圓錐密封面的角度可以做得更大（因?yàn)閷?duì)于外形的影響相對(duì)于正圓錐會(huì)小很多），角度越大閥門的開啟摩擦力矩就會(huì)越小，更有利于產(chǎn)品的性能。

D343H硬密封三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)方案主要零件材料：

名稱	材料
閥體	碳鋼、不銹鋼、鉻鉬釩鋼
閥板	碳鋼、不銹鋼、鉻鉬釩鋼
閥桿	2Cr13不銹鋼、鉻鉬釩鋼
密封圈	不銹鋼、聚四氟乙烯、硬軟疊層式金屬片
閥座	不銹鋼、堆司太立等硬質(zhì)合金
填料	柔性石墨、聚四氟乙烯

D343H硬密封三偏心蝶閥主要技術(shù)參數(shù)：

公稱通徑	DN(mm)	50～2000
公稱壓力	PN(MPa)	0.25	0.6	1.0	1.6	2.5	4.0
試驗(yàn)壓力Ps(MPa)	強(qiáng)度試驗(yàn)	0.375	0.9	1.5	2.4	3.75	6.0
	密封試驗(yàn)	O.275	0.66	1.1	1.76	2.75	4.4
	氣密封試驗(yàn)	O．5～0.8 MPa
適用介質(zhì)	水、油品、蒸汽、煤氣、酸、堿等
適用溫度	一40℃～5 70℃

 D343H硬密封三偏心蝶閥執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：

制造標(biāo)準(zhǔn)	JB/T 8527-97
法蘭標(biāo)準(zhǔn)	GB9113-2000
結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)	GB12221-89
檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)	GB/T 13927-92

4D343H硬密封三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)方案 結(jié)語(yǔ)

不論是正圓錐密封面還是斜圓錐密封面都可以實(shí)現(xiàn)三偏心硬密封蝶閥的第三偏心，而且可以達(dá)到同等級(jí)的密封效果，兩者在加工和對(duì)于閥門開啟摩擦力矩方面會(huì)有一些差異，如何去選擇加工方式，還需要從產(chǎn)品本身的實(shí)際需要和企業(yè)自身的設(shè)備能力、加工經(jīng)驗(yàn)等多方面去衡量，傳統(tǒng)的方式通常使用的是正圓錐的加工方式，隨著技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)備的升級(jí)，相信更多的加工方式和優(yōu)化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也會(huì)帶動(dòng)三偏心蝶閥密封面的加工技術(shù)。