三偏心蝶阀密封结构及其几何参数的分析与选定

    1 概述
    三偏心蝶阀的各偏心参数及锥顶角的选取，决定了阀门开启时是否干涉，关闭时密封面密封比压是否均匀，及其密封的可靠性。本文应用Solidworks软件定性和定量分析三偏心蝶阀设计中各个参数的选择方法。
    2 结构分析
    三偏心蝶阀（图1）的整个关闭过程都不会出现干涉现象，在最终关闭瞬间整个密封面相互贴合，类似于截止阀的关闭特性。因此三偏心蝶阀是扭矩密封型阀门，突破了以往蝶阀只能作为位置密封型阀门的限制。
    三偏心蝶阀的径向偏心a、动密封副厚度b、静密封副厚度c、密封面椭圆长轴d、轴向偏心e、偏心角α和锥顶角β等7个参数可以确定三偏心蝶阀的密封副结构。d是由阀门的公称通径DN确定，e是由阀门的蝶板厚度和阀轴直径决定的，b和c是由阀门的设计压力及密封面材料、密封面密封比压决定的，a、α和β的选择则决定了三偏心蝶阀关闭时是否干涉及关闭后密封面密封比压是否均匀，密封是否可靠。

图1 三偏心蝶阀

    3 干涉分析
    无论参数如何选取，在阀门全关状态下蝶板与阀体的密封副都是完全贴合的。开启阀门如果不发生干涉，则过关阀门密封副必将全面干涉（图2a）。开启阀门如果有干涉产生，则过关阀门密封副将部分干涉、部分脱离（图2b）。此时的参数选择不可用。

（a）过关阀门密封副全面干涉
（b）过关阀门密封副部分干涉
图2 阀门密封副工作状态

    只有当发生图2a中的情况时，选择的参数才是可用的，然而一台阀门会有无数的参数组合能够满足图2a中的情况。只有选择出最优的参数组合才能保证阀门的密封性能，降低阀门的制造难度。
    4 数据分析
    以DN300超低温蝶阀为例，分析各个参数选择的方法。DN300超低温蝶阀是设计应用于空分行业，需在-196℃深冷工况下长期工作。此设计中d为290mm，e为35mm，b为8mm、c为20mm。通过Solidworks软件可以确定a、α和β的取值范围（表1）。

表1 参数a、α、β取值范围

    在参数a、α、β的取值范围内，单一变换某一参数过关阀门0.3°，计算密封副的干涉量。以变换参数为横坐标，干涉量为纵坐标绘制出参数与干涉量变化趋势图（图3）。

（a）径向偏心     （b）偏心角     （c）锥顶角
图3 参数与干涉量关系

    从径向偏心、偏心角、锥顶角与干涉量的关系可以看出，在不干涉的参数取值范围内，径向偏心、偏心角和锥顶角与干涉量呈正线性关系。
    5 结语
    三偏心蝶阀的各个参数对阀门密封和干涉的影响是相互关联的。同一设计要求下会有无数个参数组合能够满足设计要求。但要综合考虑阀门的开、关扭矩，反向承压能力，制造难度等各方面因素。通过Solidworks干涉计算可以了解各个参数变化对阀门性能变化的影响趋势，从而选择出最佳参数组合。