D373H三偏心硬密封對(duì)夾式蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范

D373H三偏心硬密封對(duì)夾式蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范

設(shè)計(jì)新穎、合理、結(jié)構(gòu)、重量輕、操作方便、啟閉快捷;伸縮蝶閥不僅可以調(diào)節(jié)和攔截流量，還可以補(bǔ)償管道內(nèi)溫差引起的熱脹冷縮。也可為閥門(mén)的安裝、更換和維護(hù)提供方便。夾式硬密封蝶閥的密封部分可以調(diào)整和更換，提高了密封性能。三偏心硬密封蝶閥近幾年發(fā)展很快，其密封圈從早期的多層結(jié)構(gòu)發(fā)展到密封效果更好，使用壽命更長(zhǎng)的整體式金屬結(jié)構(gòu)。對(duì)夾式硬密封蝶閥的主要優(yōu)點(diǎn)如下:

       對(duì)夾式硬密封蝶閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)夾式硬密封蝶閥尤其顯著。安裝在高空地下通道內(nèi)，由二位五通電磁閥控制。操作方便，可調(diào)節(jié)介質(zhì)流量。中、大口徑硬密封蝶閥全開(kāi)時(shí)，流阻小，有效流通面積大，啟閉速度快，省力，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)盤(pán)扳手90度完成啟閉。因?yàn)楹馐值拿浇榱α績(jī)砂兜霓D(zhuǎn)軸幾乎是相等的,轉(zhuǎn)矩的方向是相反的,打開(kāi)和關(guān)閉扭矩很小,低壓下,可以實(shí)現(xiàn)良好的密封,密封材料對(duì)夾式硬密封蝶閥的丁腈橡膠,氟橡膠,可食用橡膠和聚四氟乙烯襯里，因此密封性能好。對(duì)夾式硬密封蝶閥是一種軟、硬金屬疊層板，具有硬金屬密封和彈性密封的優(yōu)點(diǎn)，在低溫下具有優(yōu)良的密封性能。

2 D373H三偏心硬密封對(duì)夾式蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

三偏心蝶閥密封圈一般采用多層結(jié)構(gòu)（帶夾層或不帶夾層），其單層厚度僅2~3mm，從而具備了一定的彈性，但這種結(jié)構(gòu)也存在缺陷。

①多層之間不易實(shí)現(xiàn)緊密貼合。

②由于硬密封蝶閥需要較大的力矩才能實(shí)現(xiàn)氣泡級(jí)密封，而單層厚度較薄，雖然容易實(shí)現(xiàn)密封，但層與層之間容易發(fā)生翹曲。

③雖然采用的是多層結(jié)構(gòu)，但真正起密封作用的只有其中一層。因此，針對(duì)一些要求苛刻的工況，采用了整體密封圈結(jié)構(gòu)。雖然整體密封圈在一定程度上降低了彈性，但提升了閥門(mén)的使用壽命，在循環(huán)動(dòng)作上千次的情況下仍能保持較好的密封性能。

3 D373H三偏心硬密封對(duì)夾式蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范受力分析

從密封圈的受力分析可以看出，無(wú)論是多層密封圈，還是整體密封圈都存在密封圈周邊受力不均和變形不均的問(wèn)題，從而影響密封性。因?yàn)槊芊馊χ苓呄鄬?duì)支承邊伸出的長(zhǎng)度不同（類(lèi)似于懸臂長(zhǎng)度不相等），即X1≠X2。另外，閥桿軸線徑向偏心B的影響，在閥桿力矩的作用下，密封圈周邊的密封力和產(chǎn)生的應(yīng)力不等，有高壓力區(qū)和低壓力區(qū)，導(dǎo)致密封圈周邊的變形不一致。這種沿周邊不一致的變形，影響了閥門(mén)的密封效果。為了使低壓力區(qū)域產(chǎn)生足夠的密封比壓，需要更大的力矩才能使閥門(mén)密封，但是加大力矩會(huì)導(dǎo)致高壓力區(qū)域的比壓超過(guò)密封面許用比壓，導(dǎo)致閥門(mén)的密封性能逐步下降。

4 D373H三偏心硬密封對(duì)夾式蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范等強(qiáng)度密封圈設(shè)計(jì)

針對(duì)三偏心蝶閥密封圈受力不均影響密封性能的情況，以及整體密封圈彈性不足的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新的高彈性等強(qiáng)度整體密封圈，使X1=X2，并相應(yīng)改變蝶板和壓板的外形使其與密封圈邊緣的距離基本相等，以及盡量減小閥桿軸的徑向偏心值B。密封圈與閥座接觸起密封作用的厚度仍為2~3mm，這樣在保證密封圈具有高彈性的同時(shí)，在密封圈周邊形成均勻一致的應(yīng)力和變形量，以達(dá)到更好的密封效果。

如果要求采用對(duì)夾式硬密封蝶閥作為流量控制，主要是要正確選擇閥門(mén)的通徑和型式。對(duì)夾式硬密封蝶閥的結(jié)構(gòu)原理特別適用于制造大口徑閥門(mén)。它不僅廣泛應(yīng)用于石油、天然氣、化工、水處理等一般行業(yè)，也用于火電站冷卻水系統(tǒng)。

對(duì)夾式硬密封蝶閥結(jié)構(gòu)特征

弟一個(gè)偏心：軸偏離密封面中間線

弟二個(gè)偏心：軸偏離管路及閥門(mén)中間線

弟三個(gè)偏心：其的偏心閥座斜錐角與管路中間的夾角，這樣，使得閥座與密封圈在閥門(mén)整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程中*脫離。這種結(jié)構(gòu)既利用了凸輪效應(yīng)，又*消除了摩擦，去除了磨損和泄漏的可能。

對(duì)夾式硬密封蝶閥零泄漏：三偏心蝶閥依靠安裝在蝶板上的復(fù)合不銹鋼密封圈來(lái)實(shí)現(xiàn)零泄漏。

5 D373H三偏心硬密封對(duì)夾式蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范選材及加工

三偏心硬密封蝶閥的密封圈一般選用304或304L奧氏體不銹鋼，鋼材強(qiáng)度較低。當(dāng)密封圈厚度較薄時(shí)（等強(qiáng)度密封圈的密封唇厚度一般為2～3mm），容易產(chǎn)生彈性，但也容易產(chǎn)生塑性變形和翹曲，導(dǎo)致密封性能下降。因此，為了使等強(qiáng)度密封圈獲得較好的密封性能，選用17-4PH或17-7PH沉淀硬化鋼，其時(shí)效后硬度為32～36HRC，屈服強(qiáng)度>860MPa，并在閥座密封面上堆焊鈷基硬質(zhì)合金，硬度為38～43HRC，兩個(gè)密封面之間存在6～10HRC的硬度差，密封圈具有高彈性的同時(shí)不容易發(fā)生翹曲，這些措施都為獲得良好的密封性能提供了保證。

等強(qiáng)度密封圈的結(jié)構(gòu)特殊，要通過(guò)機(jī)加工均勻的去除X尺寸部分的金屬，需要銑床一層一層的加工，獲得近似曲面的等強(qiáng)度密封圈，或者通過(guò)5軸加工中心進(jìn)行該曲面的加工。同時(shí)，與密封圈接觸的類(lèi)似于懸壁梁長(zhǎng)度的零件，如蝶板及壓板的外形設(shè)計(jì)和機(jī)加工，也是確保獲得等強(qiáng)度密封圈的關(guān)鍵。

6 D373H三偏心硬密封對(duì)夾式蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范工裝設(shè)計(jì)

為了保證等強(qiáng)度密封結(jié)構(gòu)的密封性能，設(shè)計(jì)了保證閥座密封面和蝶板密封面（即密封圈）精度的加工裝置，其閥座密封面和蝶板密封面的加工采用了相同的底部斜板，確保兩工件的角度一致。并通過(guò)采用相同的工裝進(jìn)行磨削加工，以進(jìn)一步提高密封面的表面精度。

D373H三偏心硬密封對(duì)夾式蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范技術(shù)性能規(guī)范

7 D373H三偏心硬密封對(duì)夾式蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范密封面加工

通過(guò)工裝可以保證兩個(gè)密封面獲得*相同的角度，并獲得一定的表面精度。由于密封面是一個(gè)錐面體的斜切部分，在車(chē)、磨等切削加工回轉(zhuǎn)360°時(shí)，大部分行程中刀具空轉(zhuǎn)，沒(méi)有與工件接觸切削金屬，只有一小部分行程中刀具與工件接觸切削金屬，形成了斷續(xù)的加工過(guò)程。工件在脫離切削和漸入切削的瞬間，會(huì)受到瞬時(shí)的沖擊，這些因素導(dǎo)致加工后的曲面存在不可修復(fù)的微小尺寸偏差和微小的不規(guī)則變形。

由于密封面是一個(gè)錐面體的斜切部分，使得閥座密封面和蝶板密封面不能進(jìn)行研磨。所以密封面的微小尺寸偏差和微觀不平整度只能通過(guò)密封圈本身的變形來(lái)消除，這需要加大閥桿的力矩。但是在力矩超出限度后，閥門(mén)密封性能會(huì)降低。正是由于這個(gè)原因，三偏心硬密封蝶閥的密封試驗(yàn)中正向試驗(yàn)壓力升高到一個(gè)臨界數(shù)值時(shí)會(huì)導(dǎo)致泄漏（理論上正向壓力是幫助閥門(mén)密封的，壓力越高越容易密封），這個(gè)臨界壓力與密封面的微觀不平度及尺寸偏差等有關(guān)。經(jīng)過(guò)分析，密封圈毛坯采用了覆蓋原斜錐尺寸的結(jié)構(gòu)。這樣在進(jìn)行密封圈的車(chē)、磨等加工時(shí)，刀具都處于切削加工狀態(tài)，避免了不連續(xù)切削，可以很好地確保密封圈的密封面尺寸精度要求。

如果閥座密封面在加工過(guò)程中也處于連續(xù)切削狀態(tài)，需調(diào)整閥體的部分尺寸，但這可能導(dǎo)致閥體質(zhì)量增加。在整個(gè)加寬的閥座密封面范圍內(nèi)堆焊硬質(zhì)合金，在車(chē)削和磨削過(guò)程中，雖然在開(kāi)始和有一段還是處于不連續(xù)切削，但是在與密封圈相配合的整個(gè)有效密封區(qū)域內(nèi)是連續(xù)切削。由于機(jī)加工過(guò)程中采用加寬的密封面毛坯，還需要改進(jìn)閥體和密封圈的工裝，才能保證順利加工和確保加工精度的要求。在完成車(chē)削和磨削后對(duì)閥座和密封圈的密封面進(jìn)行研磨，以消除微觀的表面不平度，獲得近似于鏡面的表面精度，從而保證優(yōu)良的密封性能。在進(jìn)一步按圖紙尺寸加工，去除此工藝方法導(dǎo)致的多余金屬之前，進(jìn)行密封試驗(yàn)。此工藝方法成本較高，如鈷基硬質(zhì)合金的堆焊用量增加等。

8 D373H三偏心硬密封對(duì)夾式蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)語(yǔ)

三偏心硬密封蝶閥的高彈性等強(qiáng)度密封圈改善了密封圈的受力分布，使密封圈周邊在閥桿力矩的作用下有基本上均勻一致的應(yīng)力和變形。針對(duì)在加工過(guò)程中的不連續(xù)切削和無(wú)法研磨問(wèn)題，提出了在制造過(guò)程中工藝加寬閥座密封面和密封圈的方法，以使密封面在加工過(guò)程中處于連續(xù)切削狀態(tài)，改善切削加工條件，改善刀具和工件的受力情況，獲得更好的表面尺寸精度，并可以實(shí)現(xiàn)閥座密封面和蝶板密封面的研磨。通過(guò)這些措施獲得三偏心硬密封蝶閥優(yōu)異的密封性能和的使用壽命。       

硬密封蝶閥零泄漏是通過(guò)蝶板上密封圈的彈性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該密封圈的總結(jié)性是通過(guò)其徑向的壓縮和柔動(dòng)產(chǎn)生的。密封圈與閥座接觸面為斜錐面。密封圈與閥座之間的接觸角產(chǎn)生輕微的"楔式效應(yīng)"，使密封圈發(fā)生柔動(dòng)和徑向壓縮。正由于閥座與密封圈之間均勻接觸以及密封圈的柔性，使得加載在閥座上的載荷均勻，從而用小的扭矩實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密的切斷。扭矩產(chǎn)生的彈性使得蝶閥嚴(yán)密關(guān)斷，而與介質(zhì)流向或介質(zhì)壓力無(wú)關(guān)。