三偏心硬密封蝶閥密封改進方案

　　三偏心硬密封蝶閥密封改進方案目前在國內的設計和生產(chǎn)已經(jīng)非常普遍，對于第三偏心的密封面結構一般為成熟的斜置圓錐面形式，實際還有另外一種斜圓錐面密封形式。文章針對這兩種密封面形式進行了分析和對比。三偏心蝶閥的密封面的設計加工是三偏心技術的核心，直接影響到產(chǎn)品的性能。本文涉及到的兩種密封面方式各有自己的優(yōu)勢和特點，根據(jù)具體的情況來選擇合適的密封形式。
 

一、三偏心硬密封蝶閥密封改進方案分類
 

　　1、同心蝶閥
 

　　該種蝶閥的結構特征為閥桿軸心、蝶板中心、本體中心在同一位置上。結構簡單、制造方便。常見的襯膠蝶閥即屬于此類。缺點是由于蝶板與閥座始終處于擠壓、刮擦狀態(tài)、阻距大、磨損快。為克服擠壓、刮擦、保證密封性能、閥座基本上采用橡膠或聚四氟乙烯等彈性材料、但也因而在使用上受到溫度的限制、這就是為什么傳統(tǒng)上人們認為蝶閥不耐高溫的原因。
 

2、單偏心蝶閥
 

　　為解決同心蝶閥的蝶板與閥座的擠壓問題、由此產(chǎn)生了單偏心蝶閥、其結構特征為閥桿軸心偏離了蝶板中心、從而使蝶板上下端不再成為回轉軸心、分散、減輕了蝶板上下端與閥座的過度擠壓。但由于單偏心構造在閥門的整個開關過程中蝶板與閥座的刮擦現(xiàn)象并未消失、在應用范圍上和同心蝶閥大同小異、故采用不多。
 

3、雙偏心蝶閥
 

　　在單偏心蝶閥的基礎上進一步改良成型的就是目前應用泛的雙偏心蝶閥。其結構特征為在閥桿軸心既偏離蝶板中心、也偏離本體中心。雙偏心的效果使閥門被開啟后蝶板能迅即脫離閥座、大幅度地消除了蝶板與閥座的不必要的過度擠壓、刮擦現(xiàn)象、減輕了開啟阻距、降低了磨損、提高了閥座壽命。刮擦的大幅度降低、同時還使得雙偏心蝶閥也可以采用金屬閥座、提高了蝶閥在高溫領域的應用。但因為其密封原理屬位置密封構造、即蝶板與閥座的密封面為線接觸、通過蝶板擠壓閥座所造成的彈性變形產(chǎn)生密封效果、故對關閉位置要求很高(特別是金屬閥座)、承壓能力低、這就是為什么傳統(tǒng)上人們認為蝶閥不耐高壓、泄漏量大的原因。
 

4、三偏心蝶閥
 

　　要耐高溫、必須使用硬密封、但泄漏量大；要零泄漏、必須使用軟密封、卻不耐高溫。為克服雙偏心蝶閥這一矛盾、又對蝶閥進行了第三次偏心。其結構特征為在雙偏心的閥桿軸心位置偏心的同時、使蝶板密封面的圓錐型軸線偏斜于本體圓柱軸線、也就是說、經(jīng)過第三次偏心后、蝶板的密封斷面不再是真圓、而是橢圓、其密封面形狀也因此而不對稱、一邊傾斜于本體中心線、另一邊則平行于本體中心線。
 

5結構分析
 

　　首先是對密封面的一個說明，如圖1所示，密封面分為閥座密封面和閥板密封面：
 

　　兩個表面的形狀都是圓錐的斜面，而且這兩個表面必須是出自同一個圓錐的表面才能夠保證兩個密封面能夠貼合，從而實現(xiàn)密封的目的。
 

5.1 正圓錐
 

　　正圓錐是指一個完整回轉體形成的圓錐，即用一個直角三角形繞直角邊旋轉360°得到的圓錐，如圖2所示，每一個豎截面都是軸對稱，而使用密封面則是將圓錐橫置后，一條母線水平，截取中間的一段作為密封的部分，從底面觀察可以看到細微的差別，但是由于圓錐角度并不是很大，所以正圓錐的斜截面形成的橢圓長短軸差異很小，比如這個模型中的長短軸也就差異4mm，通過肉眼也不容易分辨出來。
 

　　斜圓錐的建模原理和正圓錐的回轉方式*不同，不是通過回轉形成的幾何體，在建模軟件中無法通過旋轉命令完成，而是通過不同的圓截面“堆積”而成，所有圓形截面都與一條母線相切，并且圓心都通過一條直線，三維模型建模時候可以通過混合掃描的方式來實現(xiàn)，構圖的原理可以按照圖7進行說明。
 

　　綜上所述，兩種圓錐的不同之處就是底面的截面，正圓錐是橢圓，可以理解為無限多個橢圓“堆積”而成，所有橢圓的中心在一條直線上；斜圓錐是正圓，可以理解為無限多個正圓“堆積”而成，所有的圓形的圓心都在一條直線上。
 

6兩種密封表面的特點對比
 

　　因為這兩種圓錐面的形成原理不同，所以從產(chǎn)品自己的結構特點還是加工特性以及相應影響到的產(chǎn)品性能方面都有所差別，下面就分別就這幾個方面對正圓錐密封面和斜圓錐密封面進行分析。
 

　　這第三次偏心的大特點就是從根本上改變了密封構造、不再是位置密封、而是扭力密封、即不是依*閥座的彈性變形、而是*依*閥座的接觸面壓來達到密封效果、因此一舉解決了金屬閥座零泄漏這一難題、并因接觸面壓與介質壓力是成正比的、耐高壓高溫也迎刃而解。
 

7、密封面加工
 

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

　　由于密封面是一個錐面體的斜切部分，使得閥座密封面和蝶板密封面不能進行研磨。所以密封面的微小尺寸偏差和微觀不平整度只能通過密封圈本身的變形來消除，這需要加大閥桿的力矩。但是在力矩超出限度后，閥門密封性能會降低。正是由于這個原因，三偏心硬密封蝶閥的密封試驗中正向試驗壓力升高到一個臨界數(shù)值時會導致泄漏(理論上正向壓力是幫助閥門密封的，壓力越高越容易密封)，這個臨界壓力與密封面的微觀不平度及尺寸偏差等有關。經(jīng)過分析，密封圈毛坯采用了覆蓋原斜錐尺寸的結構。這樣在進行密封圈的車、磨等加工時，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。
 

　　在整個加寬的閥座密封面范圍內堆焊硬質合金，在車削和磨削過程中，雖然在開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有效密封區(qū)域內是連續(xù)切削。由于機加工過程中采用加寬的密封面毛坯，還需要改進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。在完成車削和磨削后對閥座和密封圈的密封面進行研磨，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。在進一步按圖紙尺寸加工，去除此工藝方法導致的多余金屬之前，進行密封試驗。此工藝方法成本較高，如鈷基硬質合金的堆焊用量增加等。
 

8、三偏心硬密封蝶閥密封改進方案結語
 

　　三偏心硬密封蝶閥的高彈性等強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力和變形。針對在加工過程中的不連續(xù)切削和無法研磨問題，提出了在制造過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程中處于連續(xù)切削狀態(tài)，改善切削加工條件，改善和工件的受力情況，獲得更好的表面尺寸精度，并可以實現(xiàn)閥座密封面和蝶板密封面的研磨。通過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。