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三偏心蝶阀密封性能浅析1 前言蝶阀广泛用于电力、水力、冶金、化工等领域，是流体控制的手段。
目前蝶阀种类很多，有对夹式、阀杆单偏心式、阀板双偏心式等，还有引进技术三偏心蝶阀。
如何提高蝶阀的密封性？如何消化引进技术？本文借鉴有关资料并结合冶金企业常用阀门的使用情况作以下分析和论述。
2 蝶阀密封简介蝶阀密封形式可分为三种，即软密封、硬密封、软硬组合密封。
2.1 软密封密封件为橡胶制品，阀门关闭后阀板与密封件接触，密封件受压变形起密封作用。
一般橡胶制品存在老化和不耐温的问题，在冶金企业中高温，介质杂质颗粒大，工况恶劣，故软密封使用寿命不长。
2.2 硬密封密封面为金属面，阀板上密封面和阀座上密封面均要进行精加工，保证一定的光洁度和硬度，在密封面处要堆焊耐磨材料。
硬密封表面可视为许多轮廓蜂的表面，在密封力作用下，接触面上微小凹凸产生变形，当接触面间作用力较小，接触轮廓峰是弹性变形，当作用力较大产生塑性变形，故要实现可靠密封，比压必须增大到使表面产生塑性变形。
但是，阀门传动力是一定的，只能提高表面加工精度，克服粗糙度，保证密封。
故硬密封加工精度要求高，安装精度要求高，多应用在高温、有磨损的场合。
但硬密封在阀门关闭时冲击大，且介质颗粒大、多时，密封性较差。
2.3 软硬组合式密封较为典型的一种是用不锈钢弹性圈座密封圈，取代橡胶密封圈。
密封是靠堆焊耐磨材料后进行光整加工的阀板与装在阀体槽内的不锈钢弹性密封圈进行金属弹性密封。
阀板是具有非对称圆弧密封面的椭圆形阀板。
不锈钢密封圈采用特殊断面形状。
选择适当弹力，使之关闭后能与蝶阀板密封面接触面形成一定的密封比压。
这种结构适应高温、高压和不易拆装的场合，使用寿命长，不需修理。
此种形式比软密封、硬密封效果要好。
3 三偏心蝶阀这里介绍一种新型蝶阀，其阀板密封结构新颖，属于软密封形式，但又不同于一般的软密封，是带骨架的组合密封结构，阀板采用三偏心结构。
3.1 密封原理及密封结构阀板与阀座接触后，因密封力的作用，使阀板上组合密封圈发生弹性变形、填充密封面间的凹凸间隙，实现密封。
由于本产品蝶阀采用的是三维偏心原理设计，使密封面的空间运动轨迹达到理想化，密封面相互之间无磨擦、无干涉，加之密封材料选择得当，从而使蝶阀的密封性、耐腐蚀性、耐高温性和耐磨性等得到了可靠的保证。
其主要特点如下：
1、开启力矩小，灵活方便，省力节能：
2、三维偏心结构，使蝶板越关越紧，其密封性能可靠，达到无泄漏：
3、耐高压、耐腐蚀、耐磨损、使用寿命长等。
２-2000 GB/T9115.２-2000
用户注意：表中Ｈ1、H2、H3尺寸均可根据用户需要加长（长杆蝶阀），本产品一般按短系列，若需长系列或特殊材料定货时提出。
注：Dd-代表多层次密封结构。
Dd3/643/9H/Y/F-40C.P.R.V系列法兰式多层次金属硬密封蝶阀。
三偏心蝶阀的结构特点及相关设计分析作者：龚忠华来源：《科学之友》2010年第14期摘要:三偏心结构蝶阀是蝶阀发展、演化过程中最新的—种,三偏心蝶阀具有诸多优点,因而应用广泛。
文章在分析三偏心蝶阀结构基础上,重点对三偏心金属密封蝶阀的主要技术特征进行分析,还利用商业软件对三偏心蝶阀的流体动力特性进行分析,得到相关有用结论。
关键词:三偏心蝶阀;结构特点;结构优化;数值模拟中图分类号:TH134 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)21-0029-021引言三偏心蝶阀作为一种直角旋转阀,具有优良的关断特性:频繁操作条件下,长周期的循环使用寿命和良好的双向服务功能。
作为经济各领域中成套设备的关键产品,大直径、高温、高压三偏心金属硬密封蝶阀是国家重点攻关新产品,本文主要就三偏心蝶阀的结构相关问题进行探讨。
2三偏心蝶阀结构概述由于在双偏心的基础上,将阀座中心线与蝶板密封面中心线形成一个角度为α的偏置,当三偏心密封蝶阀处于完全开启状态时,蝶板密封面会完全脱离阀座密封面,由于α角偏置的形成会使长、短半径的蝶板变化,蝶板密封面转动轨迹的切线与阀座密封面形成两个夹角。
因为这两个夹角的存在,蝶阀开启时,蝶板密封面会在开启的瞬间立即脱离阀座密封面;在关闭时,只有在关闭的瞬间,蝶板的密封面才会接触并压紧阀座密封面,从而彻底消除了蝶板启闭时蝶板密封副两密封面之间的机械磨损和擦伤。
而在蝶阀关闭时,其密封副两密封面之间的密封比压可以由外加于蝶板转轴的驱动转矩产生,不仅消除了常规蝶阀中弹性阀座弹性材料的老化、冷流、弹性失效等原因造成的密封副两密封面之间的密封比压降低和消失,而且可以通过对外加驱动转矩的改变实现对其密封比压的任意调整,从而使三偏心密封蝶阀的密封性能和使用寿命得到大大的提高。
由于三偏心金属密封蝶阀具有诸多优点,近年来逐步应用于发电厂、钢铁厂、炼油厂、化工厂等,其流体介质包括蒸汽、水、油类和其他腐蚀介质等。
三偏心金属密封蝶阀的力学特性分析及结构优化研究的开题报告一、选题背景随着现代工业的快速发展，阀门已成为工业生产领域中不可缺少的核心件。
在各类阀门中，蝶阀作为一种简单、经济、可靠的流体调节设备，受到广泛应用。
而在液气管路中，蝶阀的密封性能尤为重要。
传统的金属密封蝶阀在使用中容易出现泄漏、耐腐蚀性差等问题，为了解决这些问题，三偏心金属密封蝶阀在近年来得到了越来越多的应用与关注。
其采用三个偏心结构，使得阀座与阀片之间的密封作用得到了更强的保障。
为了进一步提高这种阀门的性能，有必要对其力学特性进行分析研究，并探索其结构的优化方案。
二、研究内容与目标本次研究的主要内容为：对三偏心金属密封蝶阀的力学特性进行分析，探究其内部应力分布、变形情况等，并结合实验验证，验证分析结果的准确性。
同时，通过对现有结构的优化，进一步提高阀门的性能，减少泄漏等问题的发生率。
本研究的目标为：建立三偏心金属密封蝶阀的力学测试系统，并通过实验验证和数值分析，研究不同条件下阀门的受力变形情况；运用有限元分析的方法，对阀门结构进行优化设计，提高其在不同介质、不同压力下的密封性和耐腐蚀能力。
三、研究方法和步骤研究方法：1.建立三偏心金属密封蝶阀的力学测试系统。
利用不同的荷载测试方法，对阀门进行力学测试，并测量阀门在不同介质、不同压力下的变形情况。
2.通过实验验证和数值分析，分析阀门的内部应力分布、变形情况等，并探究不同荷载条件下阀门的受力情况。
3.运用有限元分析方法，对三偏心金属密封蝶阀的结构进行优化设计，提高阀门的密封性和耐腐蚀能力。
研究步骤：1.研究现有文献，了解三偏心金属密封蝶阀的结构和特点，确定研究的重点。
2.建立三偏心金属密封蝶阀的力学测试系统，进行力学测试，并测量阀门在不同介质、不同压力下的变形情况。
3.通过数值分析方法，对阀门的内部应力分布、变形情况等进行分析，探究不同荷载条件下阀门的受力情况。
4.利用有限元分析方法，对三偏心金属密封蝶阀的结构进行优化设计，提高阀门的密封性和耐腐蚀能力。
1阀体：一片式铸造阀体，无焊接阀体结构，最大限度壳体降低泄露的可能。
2三偏心密封设计：宽斜角阀座设计：减少了阀座和蝶板的密封面接触瞬间的冲击磨损及阀用在常闭情况下的阀座和蝶板的金属粘结，第三个偏心角为25度，“自松动锥角”，不会产生咬死、粘连和刮伤；阀门开启和关闭更加顺畅和安全；无摩擦密封，防止阀板卡死，真正做到了扭矩密封和更长使用寿命。
阀板：全包覆阀杆的阀板结构，使阀杆和介质的接触减少到最小。
同时，流线形的阀板避免了由阀杆外露设计结构引起的紊流，增强了阀板在介质中的导流效果，调节型阀门的流动性能更好，利于稳定调节。
在阀体设计中，阀板只是弹性密封圈的支持件，阀板和阀座无任何接触，不参与密封。
阀板上的密封圈是由凸轮效应压向阀座，密封圈在90度的运行过程中无摩擦，只是在最终关位和阀座接触，加载扭矩使密封圈径向压缩，和阀座形成密封。
扭矩越大，密封越好。
3层压式弹性金属密封圈：密封环与阀板之间采用宽面密封垫片，密封环压盖为整体式阀板压板，不建议环状压板，避免普通厂家选用缠绕垫片结构存在间隙，凝结或结晶介质进入后，导致密封环卡死，密封性能降低甚至导致密封失效的问题发生。
密封圈保证在温度范围-196度到538度）内可以安全可靠、零泄漏的双向金属密封：4气泡级阀座密封：不锈钢基体加STL硬质合金堆焊阀座；增强在磨蚀和高速介质工况下阀座和蝶板的抗冲蚀性能，延长密封使用寿命；保证低维护的前提下实现气泡金属密封（理论密封等级优于ANSI FCI-70-2 ClassⅥ）；5加长的阀轴支撑系统：最大程度地减少蝶板偏斜同时确保双向气泡级的金属密封，延长阀轴蝶板的使用寿命；6自对中的蝶板设计：阀轴蝶板间的键连接取代了销钉连接，使连接更加坚固可靠，增加了蝶板的自动对中精度，防止温度骤然升高等极端情况阀轴蝶板间的配合缺陷甚至金属粘结；7加粗的一体式阀轴设计：粗壮的设计增加了阀轴的强度，使阀杆能承受更大的扭矩；一体式设计，同分体式设计相比，在牺牲了一点流通能力的前提下，大大减少阀轴的偏斜，以确保双向气泡级金属密封的实现；8轴套的保护性密封环设计：轴套加长，并采用轴套密封保护挡圈，确保没有固体颗粒进入轴套和阀轴之间，减少或避免介质进入轴承内堆积，造成的阀杆抱死问题产生。
三偏心蝶阀三偏心蝶阀自问世以来，为满足日益严酷的工况要求、其本身也经历着自我完善和不断发展的过程。
即便最基本的零泄漏、理论上三偏心蝶阀都可以做到、但实际上还是有赖于周密的设计和合理的工艺保证。
三偏心密封原理三偏心密封又称斜锥面密封，它是在双偏心的基础上将中心线斜置，形成一个偏心角，密封面由斜置的圆锥体形成，密封副是一对相应的几何形状来配合而实现密封的。
蝶板在开关的转动过程中，两密封面之间无任何摩擦现象存在，阀门关闭后，由外加于阀轴上的扭矩力使两密封面之间产生一个合适的密封比压而保证了阀门的严密关闭。
三偏心蝶阀性能特点密封性能好：三偏心蝶阀的密封是通过阀门密封面间挤压来实现的，关闭扭矩越大，密封级越高，可实现“零泄漏”。
零摩擦：减少了阀门在开关过程中的摩擦现象，使阀门的使用寿命大大增加。
流量大：由于三偏心结构的优越性，使阀门的流通直径增大，阀门有较高流量。
行程短：蝶阀在启闭时，阀轴只需作︒70间的旋转，缩短了阀门的启-90闭时间，可实现快速关闭。
使用范围广：三偏心金属密封蝶阀有宽广的温度和压力适应范围，温度可从C~10PNPN（ANSI CL 150~CL900）。
C︒196，压力从160~︒-650使用寿命长：三偏心金属密封蝶阀是金属对金属密封的阀门，耐磨性能好，长时间工作不变形，另外，在开启瞬间，阀座与密封圈即脱离，无摩擦，故该阀门有极长的使用寿命。
调节性能：三偏心金属密封蝶阀具有调节功能，常作为调节阀使用。
执行标准：设计制造ASME B16.34 JB/T 8527 API609法兰连接ASME B16.5 GB/T 9115结构长度ASME B16.10 ISO5752 GB/T12221阀门检测API598 BS6364 JB/T 9092 GB/T13927 主要材料：阀体碳钢铬钼钢铬钼钒钢耐热不锈钢蝶板碳钢铬钼钢铬钼钒钢耐热不锈钢阀轴铬钼钢铬钼钒钢耐热不锈钢密封面硬质合金堆焊轴套铜基、不锈钢基自润滑轴承设计参数：温度等级C196-650~︒C︒公称通径120048DN"~"4~100DN公称压力150PN10~ANSI 900~CL150CL连接方式法兰、对夹、对焊、凸耳驱动方式手动、电动、气动、液动应用领域：供水、排水、石油、化工、热力、电力、冶金、造纸等。
兰州理工大学硕士学位论文基于阀门仿真系统的三偏心蝶阀的结构及运动性能分析姓名：明友申请学位级别：硕士专业：化工过程机械指导教师：何世权20060520式。
在后面几章的分析中主要围绕着这几种结构形式来进行分析和讨论。
４．１．２三偏心蝶阀密封面的三维设计过程三偏心蝶阀其结构的特点主要体现在它的密封结构形式上，因此本节中只介绍蝶板及密封面的三维设计过程。
三偏心蝶阀具体的三维设计将在下章中详细的介绍。
下面我们以ａ＝Ｂ这种结构类型为例来说明蝶板密封面的三维设计过程。
我们采用ＡＮｓＹＳｗｏｒｋｂｅｎｃｈ这个ＣＡＥ软件对三偏心蝶阀进行三维设计。
首先建立一个基准的坐标，然后根据图纸的数据建立如图４．２所示的半个锥面三角形，再以锥面轴线为旋转中心进行旋转，旋转后所形成的锥体如图４．２所示。
图４．２蝶阀锥体三维设计图这样一个偏心圆锥就建立好了，在建立好的的锥体上采用图４．３所示的方法截取蝶板密封面，最后得到的蝶板密封面如图４．４所示。
图４，３蝶阀蝶板密封面切割三维设计图图４．４蝶阀蝶板密封面三维设计图用同样的方法可以进行蝶板的设计。
根据蝶板的宽度采用图４．５所示的方法截取蝶板。
最后得到的蝶板如图４．６所示。
１６图４．５蝶阀蝶板切割三维设计图图４．６蝶阀蝶板三维设计阁ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ规定如果不采用冻结功能，那么所建立的实体为一个整体，因此我们首先建立蝶板密封面，然后建立蝶板，这样蝶板和密封面成为一个整体，而且在切割蝶板的过程中不会对密封面产生影响。
最后蝶板及密封面结构如图４．７所示。
图４．７蝶阎蝶板与密封面三维设计图４．２三偏心蝶阀的几个特殊的方程４．２．１正锥各种形式的截面及轮廓线正锥体是由直角三角形绕着一个直角边旋转而成，其结构形式如图４．８所示。
／Ｌ／图４．８正锥结构图纽如上图可知正锥方程为：ｘ２＋：２＝（知一ｙ）２ｔａｎ２∥（４．１）为了更好的说明正锥经过不同的截面所截得的图形结构形式，我们用截面切三维模型的方法来进行模拟。
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
三偏心金属密封蝶阀蝶板密封圈结构分析与研究
根据三偏心金属密封蝶阀蝶板的特点，利用有限元分析软件分别对加弹性槽的金属密封蝶板和未加弹性槽的金属密封蝶板进行了应力分析，优化设计。
得出了蝶板弹性槽结构形式及其介质流向对阀门密封性能的影响因素和相关数据。
1、概述蝶板是蝶阀的关键零部件之一，在蝶阀中蝶板主要起到使介质流通和阻断的作用。
密封副的形式决定了蝶板的结构。
蝶阀的密封副可分为非金属( 软) 密封和金属( 硬) 密封，软密封蝶阀的蝶板结构可大致分为蝶板本体( 即与阀杆固定部分) 、密封圈及压紧环。
金属密封蝶阀的蝶板结构相对简单，蝶板为一体零件，只需在密封面堆焊耐磨耐腐蚀材料。
针对金属密封蝶阀加弹性槽的金属密封蝶板和未加弹性槽的金属密封蝶板的结构，采用有限元分析软件分别对其进行应力分析，得出蝶板弹性槽结构形式对阀门密封性能的影响及其结构的优化设计。
2、结构分析三偏心金属密封蝶阀的密封圈( 不论装在阀座上或蝶板上) 具有一定的弹性，而且定位凸台与密封圈之间有少量的间隙可使弹性圈稍有位移。
在阀门关闭时，受关闭力的作用，弹性体密封圈能自动移至受力最均匀的位置，再加上弹性圈的少量变形，使阀座处的密封圈均匀受力，达到最佳密封状态。
三偏心金属密封蝶阀在使用过程中存在的问题。
(1) 由于多层软硬叠式密封圈固定在蝶板上，当蝶板常开状态时介质对其密封面形成正面冲刷，金属片夹层中的软密封带受冲刷后，直接影响密封性能。
(2) 受结构条件的限制，三偏心金属密封蝶阀不适用于通径DN 200mm。
2013年 第1期
通用机械
GM Manufacture
【摘 要】轮与工件的运动特性关系。
【关键词】阀体 联动磨削 三偏心蝶阀
一、前言
其是联动磨削在国内基本上没有成功的案例。
二、密封面成形分析
封性能一直是各个厂家正在研究的课题。
程为砂轮旋转运动的同时进行横向进给。
图1b 1c 为采取传1d 为同样采取传统的平行砂215129） 陈 军
（a ） 磨削方式1
（b ） 磨削方式2
（c ） 磨削方式3
（d ） 磨削方式4
图1 密封面成形的磨削方式
1.斜模
2.工装定位板
3.阀体
4.砂轮
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通用机械
GM Manufacture
运动过程中砂轮面不脱离阀体密封面），并进行横向进给，即砂轮与工件进行联动磨削。
四种磨削方式各有其优缺点，同时对机床的要求也各不相同。
图1a 到图1c 的运动过程相对比较简单。
图1a 与图1c 密封面的最后成形完全取决于砂轮面本身的形状，同时在磨削过程中工件对砂轮的反作用力的着力点时刻在变化，砂轮主轴容易疲劳破坏。
图1b 在磨削过程中为断续磨削，存在冲击，砂轮主轴容易疲劳的同时阀体密封面的成形也不是很好。
图1d 为砂轮与工件进行联动磨削，没有图1a 到图1c 的影响，砂轮主轴受力恒定且不存在冲击。
但是要完成此联动磨削，并不容易，一是对机床的要求比图1a 到图1c 的要高，机床c 轴（工作台主轴）能准确定位，且能与z 轴能建立联动关系，同时机床b 轴（主轴的旋转轴，即形成β角）定位准确。
二是联动运动相对复杂，完成联动数控编程必须要有明确的几何数学关系。
所以求解砂轮移动速度v 与工件的旋转角度θ的几何数学关系是完成联动磨削的必要条件。
所以以下着重对图1d 的联动磨削运动特性进行分析研究。
三、砂轮与阀体密封面联动运动特性分析
取图1d 中的密封面最低点为研究起始点，为了便于研究砂轮的运动方程，以圆锥中心线为z 轴，密封面的最低点所在的平面为xy 平面，且最低点在x 轴上，建立坐标系，如图2所示。
H 为圆锥的高度，R 为圆锥的底半径，即密封面最低点到工件旋转轴z 轴的距离。
△ACC 1为斜模平面，∠OAC ＝α （斜模角），∠AMO ＝β（圆锥半锥角），弧ABC 为斜模平面与圆锥面的交线，即为砂轮运动轨迹（也为阀体密封面）。
△MOB 1为工件（或C 轴）从初始点旋转角度q 时所在的位置。
旋转角度q 所用时间为t ，则动点b 为此时的砂轮位置。
假定动点B 在z 轴上的投影为B 2，则B 点到z 轴的动半径
R （θ）＝BB 2，B 点在z 轴上的投影高度z （θ）＝OB 2。
令B 点在x 与y 轴方向的坐标分别为x （θ）与y （θ），则R （θ）＝[x （θ）2＋y （θ）2]。
令M （θ）为砂轮在圆锥母线B 1Ｍ方向位移，v 为砂轮在圆锥母线B 1M 方向上的速度，ω为工件旋转角速度，由几何关系可知：
v ＝d M /d t ＝R ω（1－K 1）tan αsin θ/[cos β（1－
K 1cos θ）2]
实际的加工过程中，R 、ω、α和β均为已知常数，所以v ＝v （θ），对其用MATLAB 进行计算分析得出其v —θ曲线如图3所示，从v —θ曲线图中可以看出，v 与
θ是非线性关系，而是速度v 相对工件旋转角度θ成正弦规律变化。
明确了两者之间的真实关系之后，便可为数控编程提供正确联动数学模型，使联动磨削得以实施。
四、结语
通过对砂轮的运动特性研究分析，对数控编程进行数学几何关系指导，使三偏心蝶阀密封面的联动磨削成为现实，同时砂轮的不间断磨削不仅将使磨削效率明显提高，并且联动磨削过程中砂轮受力恒定，对密封面的最后成形精度非常有利，新的磨削方式对研究纯金属硬密封三偏心蝶阀的零泄漏具有重要的意义。
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