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1、高溫三偏心金屬硬密封蝶閥設計概述 高溫三偏心金屬硬密封蝶閥設計 高溫三偏心蝶閥設計

之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現在介紹本文應用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。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。高溫三偏心金屬硬密封蝶閥技術難點包括以下幾個方面：

1、閥門選材。

2、解決閥門抱死難題，計算高溫材料膨脹間隙量。

3、高溫材料的焊接和硬化。

4、三維仿真模擬高溫條件下受力分析試驗。

5、工藝實現過程。

6、模具制作。三偏心蝶閥是在二偏心蝶閥基礎上生成一個角度（密封面為斜錐面），從而形成三偏心蝶閥。該結構在啟閉過程中無機械磨損和擦傷，其關閉力矩小、切斷性能好、使用壽命長，同時具有調節和切斷兩種功能。

2 、高溫三偏心金屬硬密封蝶閥設計結構分析
三偏心蝶閥(圖1)的整個關閉過程都不會出現干涉現象，在zui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。

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥三偏心蝶閥設計中各個參數的選擇方法本系列產品廣泛應用于石油、化工、電力、冶金、環保、輕紡、造紙等工業部門的自動化控制系統中。適用于液體、氣體、煤氣、天然氣、蒸汽等介質進行截止或調節流量控制。

解決方法主要涵蓋以下幾個部分：
(1)結構設計方案：蝶閥的形式有多種，比如中線型蝶閥、雙偏心蝶閥及三偏心蝶閥等，前兩種蝶閥的結構簡單，加工容易，制造成本相對較低，但中線型蝶閥的上、下軸處的閥座位置密封性差;雙偏心蝶閥存在幾何干涉，閥座必須設計為彈性的，才能克服上下軸處的干涉從而達到密封。高溫情況下，轉動件之間的結構及間隙設計，也是一個很大的難點，一定要保證高溫狀態下開關順暢，且密封性良好。但是處在800℃高溫環境下彈性閥座有可能失效而使整個操作系統失效。zui后經過多方探討和研究決定采用三偏心蝶閥結構形式，雖然設計、加工難度增加了數倍，但應用在這樣的工況環境下是可靠的。
(2)耐高溫材料的選擇：800℃高溫環境，相當于將閥門置身于一個煉鋼爐里，要使閥門的開關正常密封良好，材料選擇是難題，特別是起到密封作用的填料、密封墊等非金屬材料。
(3)模具制作上，是整個加工制造工藝中zui難的，由于口徑大，對制作設備要求很高。
(4)加工和焊接和裝備：DN1800高溫三偏心蝶閥，外形尺寸龐大，閥體外徑2250mm，閥體總高3820mm，密封圈zui外徑1722mm，大口徑閥門加工困難，對制作加工胎具的精度要求較高，密封面堆焊工藝復雜，焊接難度大，采用高精度機床和技工，并通過外聘專家解決焊接和加工中的各種問題，甚至借用造船廠大口徑加工設備，完成閥門的裝配和打壓調試。制作過程復雜，還需加工與之匹配的加工胎具，加工難度可想而知。
(5)高溫試驗：材料的強度和可靠性能否保證，都必須通過試驗得到zui后的數據，為了確保閥門的可靠運行，我們了有資質和有實力的熱處理公司，讓閥門在高溫環境800℃的環境中進行閥門動作試驗，經受住了苛刻工況的考驗。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*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

三偏心蝶閥設計中各個參數的選擇方法圖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*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)。

三偏心蝶閥設計中各個參數的選擇方法表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)。

三偏心蝶閥設計中各個參數的選擇方法(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*參數組合。與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥