高压大口径三偏心金属密封蝶阀密封结构参数的选择及分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Brief introduction to the design of high pressure and large sizetri.。eccentric metal to metal seated butterfly valveXU Dan-hong ，GONG Wang-jun ，SUN Xiao-xia(1.Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China；2.Chengdu Chengfeng Valve Co.，Ltd，Chengdu 616504，China)Abstract：To introduce the design experience towards high pressure and large size tri-eccentric metal tometal seated butterfly valves according to the experience accumulated from production。

Key words：buterfly valve；tri-eccentric；seal；parameter；design1 概述随着国民经济的发展及工业技术的进步，化工和航天行业对三偏心金属密封蝶阀提出了更严格的要求，阀门应满足高压、大口径、环境恶劣、启闭时间快和高低温环境等工况特点。目前，三偏心金属密封蝶阀的最大通径为 DN3 000，压力最大为 PN100，温度范围为 -65～500℃。为满足高压大口径三偏心金属密封蝶阀高性能，在产品设计过程中应合理选择与阀门密封结构相关的偏心参数、摩擦角、密封面强度及高低温膨胀系数等数值。

2 蝶板结构三偏心金属密封蝶阀的启闭力矩主要由阀门的偏心力矩、密封面摩擦力矩、轴承及阀杆填料摩擦力矩和动水力矩等组成。在高压大口径蝶阀的设计中，偏心力矩占阀门启闭力矩的百分比较低压阀门大，在公称压力和公称通径选定的情况下，其中偏心力矩变化对高压大口径蝶阀的力矩影响最大。

由于蝶板中心和阀杆中心的不重合，在介质的作用下蝶板产生偏心力矩。偏心力矩的计算以简化的模型进行(图 1)，即以阀杆中心线为旋转轴线，将蝶板划分为大小2个面积区域，偏心力矩等于介质作者简介：胥丹红(1978-)，女，工程师，从事阀门设计工作。

作用于大、小面积上产生的力矩差，作用于大小面积上的力矩等于介质力与其力臂的乘积。在高压大口径蝶阀的设计中，其阀杆轴线偏离蝶板中心线的偏心值E越大，偏心力矩越大，导致阀门的启闭力矩变大。因此，在保证摩擦角大于0(不干涉)的情况下，尽量选择较小的偏心值E。阀门的启闭力矩为M ：MM cM TMpMdM。PF (Y E)-PF(Y～E)式中 M--启闭力矩，N·mnlMM--密封面的摩擦力矩，N·mlTlM --阀杆轴承摩擦力矩，N·1TtlTI- - 阀杆填料的摩擦力矩，N·mm- - 偏心力矩，N·mm- - 动水力矩，N·m/l尸--公称压力，MPaF --大面积，rain 小面积(阴影部分)，iIlily，--大面积重心位置，mil小面积重心位置，mlq 阀杆轴线偏离蝶板中心线的距离，mm2012年第6期 阀 门-//"5 1/ -/ - y.1f ! Il /U//Y'//AI L，板中心阀杆轴线 弋：、 、～ - 图 1 蝶板偏心结构3 摩擦角高压大口径蝶阀的壳体易产生变形，使其在加工中产生误差。由于阀体及蝶板在加工时影响摩擦角0的偏心尺寸不易控制，可能造成实际摩擦角小于O，将导致启闭时密封面出现拉伤，阀门无法正常开启。摩擦角0应经过计算和校核(图2)后合理的选择，不能过小，确豹启无干涉。

. ， D· g/，，/m V Ol图2 摩擦角 0计算三偏心金属密封蝶阀的密封面摩擦角不是-个唯-的定值，在密封面不同的位置其角度也不同，摩擦角是-个渐变的范围值。在设计过程中有些采用三维软件进行干涉检查或运动分析来模拟实际工况，这些方式只是对摩擦角的定性分析，只能判断蝶板与阀体密封面在启闭过程中是否干涉，而不能进行定量分析，即不能判断摩擦角的实际值。摩擦角的大小影响阀门能否正唱启和阀门启闭时的摩擦力矩(摩擦角影响摩擦系数，在摩擦力矩计算中选用-个唯-的摩擦系数不是很合理)，尤其是在高压大口径金属密封蝶阀的设计过程中最好建立数学模型，根据蝶板运动轨迹方程利用计算机编程等手段分析计算。计算其密封面上360。范围内的最小和最大摩擦角，设计过程中合理选择相关参数，确保最小摩擦角 在2。～3。范围内。

4 密封面强度普通低压金属密封蝶阀的密封面设计主要考虑其密封面比压值，而高压大15径蝶阀的密封面设计应不仅仅考虑其密封面比压值，还应保证其密封面的强度和刚度。在介质压力高和启闭速度快的工况下，蝶板密封面在启闭过程中受力最大，最容易发生弯曲变形而破坏。尤其是蝶板密封圈为采用压板和螺钉压紧在蝶板体上的复合层结构，密封圈为悬臂梁结构，受力时密封圈边缘(阀体与蝶板密封面接触处)变形最大。在密封材料为不锈钢和柔性石墨时，密封面的强度和刚度较小，若在设计时只考虑密封面的比压值，而不保证高压下密封面的强度和刚度，将导致密封面失效。设计时应加大不锈钢板和柔性石墨板的厚度，密封圈露出蝶板体外的宽度应减小，压紧螺钉尽量靠近密封面，使密封圈悬臂变短，避免密封圈在启闭时的变形。蝶板体的背面应倒圆角，避免开启时蝶板体与阀体内壁干涉。

5 高、低温阀门的膨胀与收缩在输送介质温度梯度变化大的工况下，应考虑不同材料膨胀系数对阀门密封造成的影响，避免材料膨胀或收缩不-致导致阀门不能正常运行。三偏心金属密封蝶阀阀体轴孔、轴套、阀杆三者之间配合尺寸应考虑温度的影响，合理选择公差或零件结构。

- 般蝶阀阀体材料为碳钢，阀杆材料为不锈钢、轴套材料为铜合金，三者之间的膨胀系数相差较大，阀门应在最小配合间隙下不出现干涉现象。

S1D3△ -(D2△ ) D1△ -(d，△ )式中 --阀体与轴套之间的间隙，mm- - 轴套与阀杆之间的间隙，rlrn△ --阀体轴孔的膨胀量，nllTl△ D3C1 △ --轴套外圆的膨胀量，mm△ D2Cz△ --轴套内孔的膨胀量，mln△ ：D1 C2△ --阀杆的膨胀量，mm△r4：dFC3c --阀体材料的线性膨胀系数c2--轴套材料的线性膨胀系数G--阀杆材料的线性膨胀系数、c2、c3按照ASMEⅡ材料D篇选龋6 反向密封性能金属密封三偏心蝶阀在-些工况下需要双向密封。对于高压大口径蝶阀实现反向密封较为困难，设计过程中除了常规的设计计算还应考虑介质作用阀 门 2012年第6期力对密封的影响，并注意增强阀杆的刚度和配合间隙的消除。三偏心金属密封蝶阀的蝶板密封面与阀体之间的密封是靠传动装置的力矩使蝶板压向阀体密封面。在正流状态时，介质作用力有利于作用于密封面上的实际比压，介质压力越高密封挤压越紧。

当流道介质逆流时，随着介质压力的增大蝶板与阀体之间的密封比压小于密封必须比压时，密封面开始泄漏。设计时应必须同时满足阀杆阀图3 阀体与轴套结构q ≤正

7 结语三偏心金属密封蝶阀以其外形结构简单，密封性能好，操作力矩小，启闭无摩擦等优点，在石油、化工、冶金和水电等许多领域中作为管路系统截断及流量控制的部件得到极为广泛的应用，市场需求逐渐增大，尤其是近几年金属三偏心蝶阀的生产能力和研发能力通过产学研结合方式有了更快的提高。

通过实际制作过程中的经验积累，总结了高压大口径金属密封蝶阀在设计过程中的注意事项，即除了常规设计计算还应综合考虑以上提到的相关参数，确保产品满足高性能、零泄漏的工况要求。