雙向壓三偏心金屬硬密封蝶閥結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

 之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹雙向壓三偏心金屬硬密封蝶閥結(jié)構(gòu)優(yōu)勢本文通過分析偏心蝶閥的密封力和閥桿變形，提出一種雙向壓金屬硬密封蝶閥。是我公司應(yīng)廣大用戶要求，在引進(jìn)*的制造技術(shù)，精心設(shè)計(jì)研究的新一代產(chǎn)品。
二、雙向壓三偏心金屬硬密封蝶閥結(jié)構(gòu)優(yōu)勢DS343H雙向壓金屬硬密封蝶閥主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1、耐顆粒磨損：雙向金屬硬密封蝶閥蝶板的運(yùn)動(dòng)帶有擦拭性能和刀形切口的多層次密封圈與閥體上移動(dòng)閥座之間具有清掃作用，非常有效把結(jié)晶在移動(dòng)閥座密封面上的 顆粒狀晶體、污垢、纖維等物質(zhì)清除；移動(dòng)閥座密封圈采用高韌性耐磨不銹鋼，經(jīng)過特殊處理耐磨性強(qiáng)和有良好的綜合力學(xué)性能和抗腐蝕性，抗擦傷。
2、開關(guān)無磨擦：利用三維偏心的原理，關(guān)閥時(shí)蝶板密封面隨著三維偏心位移只有在后一刻才靠向移動(dòng)閥座密封面，而不會(huì)產(chǎn)生磨擦。開閥時(shí)，在偏心的作用下蝶板只需轉(zhuǎn)過很小的角度(2度~5度)，蝶板的密封面與閥體的密封面就*脫離開，蝶板的密封面與閥體的密封面不會(huì)產(chǎn)生摩擦，使本蝶閥的使用壽命提高數(shù)倍。
3、不受介質(zhì)溫度影響：且蝶板上的密封環(huán)采用耐磨彈性石棉膠板與高韌性不銹鋼組成多層次結(jié)構(gòu)，而形成硬軟結(jié)合，具有金屬密封和彈性密封的雙重優(yōu)點(diǎn)，不易磨損，不易被沖刷，無論在低溫和高溫的情況下，均有良好的密封性能。
4、自動(dòng)補(bǔ)償雙向壓：利用三偏心的原理，蝶板與閥體越關(guān)越緊，從而得到良好的密封；按圖從右往左施壓時(shí)，移動(dòng)閥座在受壓力的 推力和彈簧推力時(shí)，移動(dòng)閥座自動(dòng)向蝶板推緊，當(dāng)壓力越高移動(dòng)閥座向蝶板越推越緊，從而得到良好的密封；因此本閥屬于雙向金屬硬密封蝶閥蝶，雙向壓也能達(dá)到 99%的零泄漏；在的使用下，移動(dòng)閥座密封和蝶板密封如有磨損或損傷，在彈簧作用下移動(dòng)閥座自動(dòng)向蝶板推進(jìn)，在反向受壓時(shí)蝶板會(huì)向箭頭移動(dòng)，這時(shí)則 移動(dòng)閥座在彈簧和壓力的作用它也會(huì)跟著前移，從而得到良好的自動(dòng)補(bǔ)償功能。
5、適合高流速介質(zhì)：堅(jiān)固的一軸式使之高流速的介質(zhì)中且無振動(dòng)、無噪音。
6、壽命長開關(guān)輕松：有效合理的減小偏心，因此本閥的扭矩大大的減少；無易損部件，由于偏心的作用，閥門啟閉過程中蝶板與移動(dòng)閥座的密封面*脫離，做無磨擦轉(zhuǎn)動(dòng)，扭矩小，閥門的自動(dòng)補(bǔ)償功能，大大的提高了閥門的壽命，操作輕巧。
7、維修方便：該閥門的一端設(shè)計(jì)了一個(gè)可調(diào)節(jié)壓板，在維修時(shí)只需拆下可調(diào)節(jié)壓板，即可進(jìn)行維修密封環(huán)及其他配件，如其它配件都是完好的，但是密封還漏的情況下，也無須把其他配件拆卸下來，直接拆卸調(diào)節(jié)壓板做少許加工即可；也解決了以前的拆卸困難的問題。
    近年來，我國金屬硬密封蝶閥發(fā)展很快，其主要結(jié)構(gòu)是偏心蝶閥。偏心結(jié)構(gòu)蝶閥的蝶板與閥座之間的密封是靠傳動(dòng)裝置的力矩使蝶板壓向閥座實(shí)現(xiàn)的，閥桿啟閉扭矩越大，閥座的密封性能越好。對于介質(zhì)雙向受壓密封的管道，當(dāng)介質(zhì)正向流動(dòng)時(shí)，介質(zhì)壓力使密封比壓增大．提高密封性能；介質(zhì)反向流動(dòng)時(shí)，介質(zhì)壓力使蝶板與閥座之間的密封比壓減小，有可能發(fā)生泄漏，偏心結(jié)構(gòu)金屬硬密封蝶閥不能*保證反向介質(zhì)流動(dòng)的密封。
    隨著我國南水北調(diào)工程的開展、長輸管線的不斷建設(shè)以及工業(yè)環(huán)保、水處理、高層建筑、給排水管路改造，對蝶閥的密封性能也提出了更高的要求，既要保證蝶閥在正向狀態(tài)能夠密封，也要在反向狀態(tài)能夠保證密封，因此，介質(zhì)雙向流動(dòng)都能保證密封的雙向壓硬密封蝶閥得到國內(nèi)閥門行業(yè)的關(guān)注。雙向壓金屬密封蝶閥的特殊結(jié)構(gòu)解決了偏心蝶閥介質(zhì)反向流動(dòng)時(shí)不能保證可靠密封的問題，其設(shè)計(jì)新穎、性能良好、結(jié)構(gòu)相對簡單、容易制造且安裝操作方便。通過產(chǎn)品試制和密封試驗(yàn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)規(guī)定的密封耐壓效果。適用范圍：石油、化工、天然氣及供水等行業(yè)中有雙向流通需要的壓力管道。


1 雙向壓三偏心金屬硬密封蝶閥結(jié)構(gòu)優(yōu)勢偏心蝶閥密封力分析
1.密封力分析
圖 1 偏心蝶閥結(jié)構(gòu)示圖
    偏心蝶閥結(jié)構(gòu)見圖 1，主要由閥體、蝶板、閥桿和填料組成。圖 1 中 L 為閥桿回轉(zhuǎn)中心與閥體密封面的偏心距離（mm）。偏心蝶閥在介質(zhì)正向流動(dòng)實(shí)現(xiàn)密封功能時(shí)，閥桿扭矩在蝶板密封面施加的必需密封力為 FMF（N）。但由于介質(zhì)力 FMJ（N）的作用，使密封面的實(shí)際密封力增大到 FMZZ，此時(shí)，密封面的實(shí)際密封力 FMZZ 為必需密封力 FMF和介質(zhì)力 FMJ 之和，即：
    FMZZ=FMF+FMJ （1）
其中：FMF=qMFA
式中，qMF 為為密封面必需密封比壓，MPa；A 為密封面受壓面積，mm2。
FMZZ 在密封面形成的密封比壓由下式計(jì)算：
qz=FMZZ/A>qMF （2）
式中，qz 為密封面正向密封比壓，MPa。
偏心蝶閥受反向介質(zhì)力作用時(shí)，在同樣的閥桿扭矩和介質(zhì)力作用下，密封力為：
FMZF=FMF-FMJ （3）
式中，F(xiàn)MZF 為密封面的反向密封力，N。
FMZF 在密封面形成的密封比壓由下式計(jì)算：
qF=FMZF/A 式中，qF 為密封面反向密封比壓，MPa。
分析式（2）和式（4）可知，偏心蝶閥在正向介質(zhì)力作用時(shí)，密封面的密封力 FMZZ 是閥桿作用力和正向介質(zhì)力作用之和，介質(zhì)正向流動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)密封。介質(zhì)在反向流動(dòng)時(shí)，由于介質(zhì)力的作用，密封力減小，反向密封比壓 qF 小于正向密封比壓 qZ，且 qZ 必需密封力 FMF 是由閥桿施加在蝶板密封面上的作用力，正向密封時(shí)閥桿施加在蝶板密封面上的作用力是必需密封力。若使介質(zhì)反向流動(dòng)時(shí)能夠保證密封，即 qF≥qMF，則：
FMZF=FMF+FMJ-FMJ=FMF （5）
    由此可知，反向密封時(shí)閥桿施加在蝶板密封面上的作用力為必需密封力與介質(zhì)力之和，反向密封時(shí)閥桿施加在蝶板密封面上的作用力大于正向密封時(shí)閥桿作用力。
2.閥桿彎曲變形對密封影響的分析


圖 2 閥桿受力簡化圖
    由于反向密封時(shí)閥桿施加在蝶板密封面上的作用力大于正向密封時(shí)閥桿作用力，因此，僅對介質(zhì)反向流動(dòng)時(shí)閥桿彎曲變形對偏心蝶閥的密封影響進(jìn)行分析。介質(zhì)反向流動(dòng)，閥桿在克服密封面作用力的同時(shí)，還要克服介質(zhì)力對閥桿的正壓力。將閥桿受力簡化為簡支梁，見圖 2。圖 2 中 A、B 兩點(diǎn)為閥體對閥桿的支點(diǎn)，C、D 兩點(diǎn)是閥桿的受力點(diǎn)，作用力為 FFGF/2（FFGF 為蝶板密封面力和介質(zhì)力對閥桿的作用力，N），根據(jù)力的平衡原理有：
  
式中，δ1 為閥桿彎曲變形量，l1、l2 分別為 AC 和 DB 距離，通常取 l1=l2，l 為 A、B 兩點(diǎn)距離，mm；E 為彈性模量，GPa；I 為慣性矩，N·s2·m。由于密封力和介質(zhì)作用力的共同作用使得閥桿發(fā)生彎曲變形，變形量為 δ1。當(dāng)介質(zhì)正向流動(dòng)時(shí)，閥桿向密封面方向彎曲，閥桿變形有利于密封。介質(zhì)反向流動(dòng)時(shí)，閥桿向遠(yuǎn)離密封面方向彎曲，蝶板隨著閥桿彎曲脫離密封面，密封力減小，不能保證密封。由以上分析可知，當(dāng)介質(zhì)反向流動(dòng)時(shí)，由于介質(zhì)力的反向作用，偏心蝶閥不能保證可靠的密封功能。為了解決此問題，我們研制了一種新型的雙向壓金屬硬密封蝶閥。
2 雙向壓金屬硬密封蝶閥結(jié)構(gòu)
3.2.1 結(jié)構(gòu)



圖 3 雙向壓金屬密封蝶閥結(jié)構(gòu)主要性能規(guī)范表

公稱壓力(PN)		1.6	2.5	4	6.4
常溫大工作壓力〔MPa〕		1.6	2.5	4	6.4
壓力試驗(yàn) (MPa)	殼體強(qiáng)度試驗(yàn)	2.4	3.8	6	9.6
	正向密封試驗(yàn)	1.76	2.75	4.4	7.1
	反向密封試驗(yàn)	1.76	2.75	4.4	7.1
	氣密封試驗(yàn)	0.6
滲漏率		＜0.1×DNmmз/s〔符合GB/T13927-92標(biāo)準(zhǔn)〕
適用溫度〔℃〕		碳鋼(C):-29℃～ 425℃；球墨鑄鐵(Q):-29℃～ 350℃；鉻鎳鈦鋼(P/R):≤ 200℃；鉻鉬鋼(I):≤ 550℃；鉻硅鉬鋼(II):≤ 850℃。
適用介質(zhì)		天然氣、水蒸汽、油、品類、酸類、堿類、含微小顆粒狀水、污水、含纖維等各類介質(zhì)。

雙向壓金屬密封蝶閥結(jié)構(gòu)見圖 3。
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥主要由下楔塊軸、閥體、蝶板、閥桿、上楔塊軸、填料、閥蓋、填料壓蓋及導(dǎo)向塊等組成。其工作原理是，在開啟狀態(tài)，閥桿右旋，導(dǎo)向塊引導(dǎo)閥桿帶動(dòng)蝶板向右旋轉(zhuǎn) 90°，使蝶板密封面與閥體密封面處于平行位置，閥桿繼續(xù)右旋，導(dǎo)向塊引導(dǎo)閥桿向下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)上、下楔塊，使楔塊楔面推動(dòng)蝶板和閥體密封面接觸，蝶閥關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)密封；在關(guān)閉狀態(tài)，閥桿左旋，導(dǎo)向塊引導(dǎo)閥桿向上移動(dòng)，推動(dòng)上、下楔塊作向上運(yùn)動(dòng)，楔塊楔面帶動(dòng)蝶板平移，蝶板密封面和閥體密封面脫離，蝶板移動(dòng)一定的偏心距離后，閥桿繼續(xù)左旋，導(dǎo)向塊引導(dǎo)閥桿旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)蝶板向左旋轉(zhuǎn) 90°，蝶閥開啟。由于蝶板相對于閥體密封面偏移一定距離后旋轉(zhuǎn)，因此蝶板開啟和關(guān)閉時(shí)不和閥體密封面產(chǎn)生干涉。閥桿上、下部位設(shè)置的楔形塊的推力能夠克服介質(zhì)反向流動(dòng)的壓力，使蝶閥在介質(zhì)雙向流動(dòng)的工況下實(shí)現(xiàn)可靠的密封。蝶板上設(shè)置了楔形燕尾梢，閥桿做上、下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)楔形塊運(yùn)動(dòng)，楔形塊位移對蝶板密封面施加密封力，提高了蝶閥的密封性能，同時(shí)能夠補(bǔ)償密封副的磨損，提高了金屬密封蝶閥可靠性。楔形塊的楔面在蝶板楔形燕尾槽內(nèi)推動(dòng)蝶板作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，使蝶板接觸或脫離閥體密封面，減小密封面的擦傷。蝶板先直線運(yùn)動(dòng)，然后旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，延長了蝶閥的開啟和關(guān)閉時(shí)間，減小了蝶閥的水動(dòng)力矩。蝶板密封面和閥體密封面均為錐面，密封可靠，設(shè)計(jì)和加工簡單。
4.2.2 密封分析

主要零件部件材料表

序號(hào)	零件名稱	材料名稱
		DS343H-C	DS343H-P	DS343H-R8	DS343H-R3	DS343H-I
1	閥體	WCB	304	CF8M（316）	CF3M（316L）	ZG1Cr5Mo
2	蝶板	WCB	304	CF8M（316）	CF3M（316L）	ZG1Cr5Mo
3	閥桿	2Cr13	1Cr18Ni9Ti	1Cr18Ni12Mo2Ti	00Cr17Ni14Mo2	2Cr13
4	自動(dòng)補(bǔ)償閥座	0Cr18Ni9	00Cr19Ni11	00Cr17Ni14Mo2	00Cr17Ni14Mo2	0Cr18Ni9
5	閥體壓板	WCB	304	CF8M（316）	CF3M（316L）	ZG1Cr5Mo
6	蝶板壓板	鍛Q23	304	CF8M（316）	CF3M（316L）	ZG1Cr5Mo
7	軸套	SF-1	FB092	FB316	FB316L	BF316
8	填料	柔性石墨
9	蝶板硬密封圈	耐磨耐高溫石棉板與高韌性耐磨不銹鋼

圖 4 上、下楔塊的彎曲變形分析
    雙向壓金屬密封蝶閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是上、下楔塊軸與閥體軸孔為過渡配合，上、下楔塊軸孔與閥桿為間隙配合。介質(zhì)反向流動(dòng)時(shí)，向下推動(dòng)上、下楔塊，上、下楔塊推動(dòng)蝶板向閥體密封面施加密封力，蝶板密封力和介質(zhì)壓力使上、下楔塊軸發(fā)生彎曲變形，由于上、下楔塊軸孔與閥桿是間隙配合，上、下楔塊軸彎曲變形不致影響閥桿發(fā)生彎曲變形，閥桿在蝶閥啟閉過程中只受拉伸和壓縮。上、下楔塊的彎曲變形見圖 4。圖 4 中上、下楔塊的受力簡化為懸臂梁，A 點(diǎn)固定，為閥體對楔塊的支撐點(diǎn)，B 點(diǎn)為上、下楔塊的受力點(diǎn)，作用力為 FMF/2，則彎曲變形量為：


    在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于 l 遠(yuǎn)大于 211，故 δ1>δ2，可知偏心蝶閥閥桿彎曲變形量大于雙向壓金屬密封蝶閥上、下楔塊軸的彎曲變形量。雙向壓金屬密封蝶閥上、下楔塊軸布置在閥腔上、下部位，適當(dāng)增加上、下楔塊軸橫截面積，即增大慣性矩 I，增加了閥桿剛度，使變形量 δ2 為減小，不會(huì)使蝶閥的流體阻力過大。上、下楔塊軸孔與閥桿的配合間隙大于或等于變形量 δ2，則上、下楔塊的變形不會(huì)引起閥桿產(chǎn)生彎曲變形。上、下楔塊進(jìn)一步推動(dòng)閥桿，增大楔形塊的楔緊力，蝶板獲得更大的密封力，可以補(bǔ)償變形量 δ2 引起的蝶板向密封面反向的微量移動(dòng)，提高了反向密封的可靠性。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：200X先導(dǎo)隔膜式水用減壓閥安裝要求