三偏心蝶閥密封結構和其幾何參數的分析與選定

 1 概述 
    三偏心蝶閥的各偏心參數及錐頂角的選取，決定了閥門開啟時是否干涉，關閉時密封面密封比壓是否均勻，及其密封的可靠性。本文應用Solidworks軟件定性和定量分析三偏心蝶閥設計中各個參數的選擇方法。
    2 結構分析
    三偏心蝶閥（圖1）的整個關閉過程都不會出現干涉現象，在*終關閉瞬間整個密封面相互貼合，類似于截止閥的關閉特性。因此三偏心蝶閥是扭矩密封型閥門，突破了以往蝶閥只能作為位置密封型閥門的限制。
    三偏心蝶閥的徑向偏心a、動密封副厚度b、靜密封副厚度c、密封面橢圓長軸d、軸向偏心e、偏心角α和錐頂角β等7個參數可以確定三偏心蝶閥的密封副結構。d是由閥門的公稱通徑DN確定，e是由閥門的蝶板厚度和閥軸直徑決定的，b和c是由閥門的設計壓力及密封面材料、密封面密封比壓決定的，a、α和β的選擇則決定了三偏心蝶閥關閉時是否干涉及關閉后密封面密封比壓是否均勻，密封是否可靠。

圖1 三偏心蝶閥

    3 干涉分析
    無論參數如何選取，在閥門全關狀態下蝶板與閥體的密封副都是完全貼合的。開啟閥門如果不發生干涉，則過關閥門密封副必將全面干涉（圖2a）。開啟閥門如果有干涉產生，則過關閥門密封副將部分干涉、部分脫離（圖2b）。此時的參數選擇不可用。

（a）過關閥門密封副全面干涉
（b）過關閥門密封副部分干涉
圖2 閥門密封副工作狀態

    只有當發生圖2a中的情況時，選擇的參數才是可用的，然而一臺閥門會有無數的參數組合能夠滿足圖2a中的情況。只有選擇出*優的參數組合才能保證閥門的密封性能，降低閥門的制造難度。
    4 數據分析
    以DN300超低溫蝶閥為例，分析各個參數選擇的方法。DN300超低溫蝶閥是設計應用于空分行業，需在-196℃深冷工況下長期工作。此設計中d為290mm，e為35mm，b為8mm、c為20mm。通過Solidworks軟件可以確定a、α和β的取值范圍（表1）。

表1 參數a、α、β取值范圍

    在參數a、α、β的取值范圍內，單一變換某一參數過關閥門0.3°，計算密封副的干涉量。以變換參數為橫坐標，干涉量為縱坐標繪制出參數與干涉量變化趨勢圖（圖3）。

（a）徑向偏心     （b）偏心角     （c）錐頂角
圖3 參數與干涉量關系

    從徑向偏心、偏心角、錐頂角與干涉量的關系可以看出，在不干涉的參數取值范圍內，徑向偏心、偏心角和錐頂角與干涉量呈正線性關系。
    5 結語
    三偏心蝶閥的各個參數對閥門密封和干涉的影響是相互關聯的。同一設計要求下會有無數個參數組合能夠滿足設計要求。但要綜合考慮閥門的開、關扭矩，反向承壓能力，制造難度等各方面因素。通過Solidworks干涉計算可以了解各個參數變化對閥門性能變化的影響趨勢，從而選擇出*佳參數組合。