【中國(guó)泵閥商務(wù)網(wǎng) 技術(shù)研討會(huì)】三偏心蝶閥以密封可靠，動(dòng)作靈活，使用壽命長(zhǎng)著稱(chēng)。它是結(jié)構(gòu)的一種蝶閥，具有優(yōu)異的密封性能，可用于高溫、高壓環(huán)境，滿(mǎn)足了電站、石油、化工、冶金等行業(yè)對(duì)管件的苛刻要求，正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
　　
　　1前言
　　
　　三偏心蝶閥以密封可靠，動(dòng)作靈活，使用壽命長(zhǎng)著稱(chēng)。它是結(jié)構(gòu)的一種蝶閥，具有優(yōu)異的密封性能，可用于高溫、高壓環(huán)境，滿(mǎn)足了電站、石油、化工、冶金等行業(yè)對(duì)管件的苛刻要求，正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文介紹一種在簡(jiǎn)化三偏心蝶閥設(shè)計(jì)的同時(shí)，優(yōu)化三偏心蝶閥的回轉(zhuǎn)中心位置的快速優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
　　
　　2三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)
　　
　　三偏心蝶閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它的3個(gè)偏心量分別為a，b，β。其中a為軸向偏心，表示蝶板的旋轉(zhuǎn)中心與蝶閥密封截面之間的軸向距離；b為徑向偏心，表示蝶板的旋轉(zhuǎn)中心與閥體中心線(xiàn)之間的徑向距離；β為角偏心，表示閥座旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)與閥體中心線(xiàn)之間的角度。由于存在角偏心，三偏心蝶閥的蝶板密封面形狀為橢圓，不同于一般蝶閥的圓形密封面，它將蝶板和閥座之間的密封形式由線(xiàn)密封優(yōu)化為面密封，使得蝶閥密封性能更優(yōu)。另外，由于3個(gè)偏心的存在，三偏心蝶閥為偏置板式結(jié)構(gòu)，蝶板形狀不對(duì)稱(chēng)。
　　　　
　　3優(yōu)化設(shè)計(jì)
　　
　　傳統(tǒng)的三偏心蝶閥回轉(zhuǎn)中心的設(shè)計(jì)，需要大量的公式計(jì)算來(lái)確定3個(gè)偏心量，設(shè)計(jì)完成還需要根據(jù)三維***建模的干涉分析進(jìn)行修改，工程量大，耗時(shí)長(zhǎng)，延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)成本。現(xiàn)在通過(guò)Solidworks二維作圖介紹一種全新的，簡(jiǎn)單易懂，方便操作，優(yōu)化效果好具有實(shí)用性的設(shè)計(jì)方法。
　　
　　3.1方法原理
　　
　　如圖2所示，B點(diǎn)和D點(diǎn)是蝶板關(guān)閉時(shí)蝶板密封表面上首*入閥體密封面的兩點(diǎn)，只有使B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡在CB線(xiàn)以上，D點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡在DA線(xiàn)以下，蝶板繞回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)時(shí)才不會(huì)發(fā)生干涉。過(guò)B點(diǎn)和D點(diǎn)分別作BE垂直于BC，DF垂直于AD，DF、BE相交于M點(diǎn)，為了使得蝶板兩側(cè)不發(fā)生干涉，回轉(zhuǎn)中心就要在區(qū)域DME內(nèi)。其中M點(diǎn)是是極限位置，在這個(gè)位置，只是兩側(cè)的兩個(gè)極限點(diǎn)不干涉，而其他位置仍然會(huì)發(fā)生干涉的，要想*避免干涉，就要把旋轉(zhuǎn)中心沿著剛才說(shuō)的角平分線(xiàn)向上側(cè)移動(dòng)（由于無(wú)論偏向DF還是BE都會(huì)使得一側(cè)的干涉危險(xiǎn)加大，所以在角平分線(xiàn)上是*選擇）。
　　　　
　　另外，除了避免蝶板兩側(cè)不干涉，還要避免軸頭兩端不干涉，所以回轉(zhuǎn)中心必須在流道中心線(xiàn)和圓錐中心線(xiàn)的上方，流道中心線(xiàn)及圓錐中心線(xiàn)的交點(diǎn)N為極限位置，只有當(dāng)密封圈的厚度接近于零時(shí)，交點(diǎn)位置才合適，但是，密封圈的厚度是不會(huì)為零的，那么根據(jù)密封圈的厚度不同，也需要將旋轉(zhuǎn)中心的位置，沿著這個(gè)夾角的平分線(xiàn)向上移動(dòng)。兩個(gè)平分線(xiàn)的交點(diǎn)，就是理論上的旋轉(zhuǎn)中心zui小徑向偏心量位置，也是*位置。在三偏心蝶閥的設(shè)計(jì)中，其閥桿軸線(xiàn)偏離蝶板中心線(xiàn)的偏心值越大，偏心力矩越大，導(dǎo)致閥門(mén)的啟閉力矩變大。即三偏心蝶閥的密封力矩和徑向偏心距近似成正比關(guān)系。因此，在保證不干涉的情況下，盡量選擇較小的徑向偏心量。另外，當(dāng)閥門(mén)反向承壓時(shí)，會(huì)因蝶板徑向偏心產(chǎn)生的杠桿效應(yīng)，使蝶板一邊壓強(qiáng)大，一邊壓強(qiáng)小。介質(zhì)推力使密封圈和閥座的密封比壓減小，蝶板容易產(chǎn)生變形及位移，從而導(dǎo)致閥門(mén)密封失效。所以為了減小蝶板反向承壓時(shí)杠桿效應(yīng)的影響，應(yīng)該將蝶板徑向偏心量減至zui小，使蝶板受力趨于平衡。可見(jiàn)，通過(guò)這種方法不但在避免干涉的情況下快速的確定三偏心蝶閥的回轉(zhuǎn)中心位置，還優(yōu)化了啟閉力矩及反向密封等性能。
　　
　　3.2Solidworks設(shè)計(jì)方法
　　
　　具體設(shè)計(jì)步驟：
　　
　?。?）利用Solidworks二維作圖***，先確定蝶板的閥座直徑和軸向偏心。閥座直徑一般會(huì)給出，軸向偏心根據(jù)軸徑和閥座寬度可以確定。
　　
　?。?）確定了閥座直徑和軸向偏心就基本確定了圓錐角。做出上述的2條角平分線(xiàn)。
　　
　?。?）根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整偏心角，使得兩條角平分線(xiàn)交點(diǎn)位置在流道中心線(xiàn)上側(cè)，然后確定為回轉(zhuǎn)中心。
　　
　?。?）、量出偏心數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際加工和工裝公差進(jìn)行調(diào)整，zui后確定數(shù)據(jù)。
　　
　　4實(shí)例分析
　　
　　文中以設(shè)計(jì)一個(gè)閥座直徑200mm、閥軸徑為48mm、閥座寬為12mm的三偏心蝶閥為例詳細(xì)介紹優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程。
　　
　?。?）根據(jù)閥軸直徑和閥座寬度確定軸向偏心至少要30mm，但是實(shí)際上，都會(huì)根據(jù)口徑大小，為了方便加工和裝配，再加2～7mm，本文中取為2mm，則軸向偏心確定為32mm。
　　
　?。?）利用Solidworks***，畫(huà)出已知量的結(jié)構(gòu)，如圖3，連接O點(diǎn)和P點(diǎn)，并且約束為圓錐角的角平分線(xiàn)。此時(shí)圓錐角已經(jīng)確定為35.49°。
　　　　
　?。?）根據(jù)前面講述的原理做出角平分線(xiàn)l1和l2交于K點(diǎn)如圖4所示。
　　　　
　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整偏心角為2°，如圖5，此時(shí)角平分線(xiàn)的交點(diǎn)K點(diǎn)在不干涉區(qū)域以外，所以不符合要求，需要重新調(diào)整偏心角。
　　　　
　　（5）重新調(diào)整偏心角為3°，如圖6所示。此時(shí)角平分線(xiàn)的交點(diǎn)K點(diǎn)在合適區(qū)域內(nèi)，符合要求，即取K點(diǎn)為回轉(zhuǎn)中心，量出此時(shí)的軸向偏心距為32.111mm，徑向偏心距為4.243mm。
　　　　
　　（6）根據(jù)測(cè)量出的尺寸，確定設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。閥座直徑200mm，閥軸徑為48mm，閥座寬為12mm，圓錐角35°，偏心角3°，軸向偏心32.5mm，徑向偏心4.5mm。
　　
　?。?）根據(jù)得到的實(shí)例數(shù)據(jù)，利用creo2.0建模進(jìn)行干涉分析。首先建立蝶板模型、閥軸模型以及閥座模型，并且裝配好如圖7所示。其中密封面的建模利用圓錐切割來(lái)實(shí)現(xiàn)。閥軸和蝶板為剛性連接，閥軸和閥座為銷(xiāo)連接。
　　　　
　?。?）利用creo2.0的全局干涉分析對(duì)裝配模型蝶板不同角度下進(jìn)行干涉分析，分析過(guò)程如圖8所示。由creo2.0分析結(jié)果，可以得知，在蝶板轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有干涉零件即不會(huì)發(fā)生干涉。
　　　　
　　5結(jié)語(yǔ)
　　
　　根據(jù)上述的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可以快速地設(shè)計(jì)出三偏心蝶閥的3個(gè)偏心量，避免了蝶板和密封面的干涉，并且設(shè)計(jì)出zui小徑向偏心距，降低了閥門(mén)的啟閉力矩，也提高了三偏心蝶閥的反向密封性能。通過(guò)實(shí)例的設(shè)計(jì)分析，能夠迅速方便地給出三偏心蝶閥回轉(zhuǎn)中心設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案，在實(shí)際生產(chǎn)中很大地提高了三偏心蝶閥設(shè)計(jì)的效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本，具有很好的借鑒價(jià)值。