1 概述
蝶板是蝶閥的關鍵零部件之一,在蝶閥中蝶板主要起到使介質流通和阻斷的作用。密封副的形式決定了蝶板的結構。蝶閥的密封副可分為非金屬(軟)密封和金屬(硬)密封,軟密封蝶閥的蝶板結構可大致分為蝶板本體(即與閥桿固定部分)、密封圈及壓緊環。金屬密封蝶閥的蝶板結構相對簡單,蝶板為一體零件,只需在密封面堆焊耐磨耐腐蝕材料。針對金屬密封蝶閥加彈性槽的金屬密封蝶板和未加彈性槽的金屬密封蝶板的結構,采用有限元分析軟件分別對其進行應力分析,得出蝶板彈性槽結構形式對閥門密封性能的(de)影響(xiang)及其結構(gou)的(de)優化設計。
2 結構分析
三偏心金屬密封蝶閥的密封圈(不論裝在閥座上或蝶板上)具有一定的彈性,而且定位凸臺與密封圈之間有少量的間隙可使彈性圈稍有位移。在閥門關閉(bi)時,受關閉(bi)力(li)(li)的(de)(de)作用,彈性體密封圈能自動移至受力(li)(li)最均勻的(de)(de)位置,再加上(shang)彈性圈的(de)(de)少(shao)量(liang)變形,使閥座處的(de)(de)密封圈均勻受力(li)(li),達到最佳密封狀態。
三偏心金屬密封蝶閥在(zai)使(shi)用過程(cheng)中(zhong)存在(zai)的問題。
(1)由(you)于(yu)多層(ceng)軟(ruan)硬疊式密(mi)封(feng)圈(quan)固(gu)定在蝶(die)(die)板上,當蝶(die)(die)板常開狀態(tai)時介(jie)質對其(qi)密(mi)封(feng)面形成正面沖刷,金屬片夾層(ceng)中的軟(ruan)密(mi)封(feng)帶受(shou)沖刷后,直接影響密(mi)封(feng)性能。
(2)受(shou)結(jie)構條(tiao)件的限制,三偏心金(jin)屬(shu)密封蝶閥(fa)不適用于通徑DN>200mm的閥(fa)門,其原因是(shi)蝶板整體(ti)結(jie)構厚,流阻大。
(3)根(gen)據三偏心(xin)閥(fa)門結構的(de)原理(li),在流道介質正流狀態(tai)時(shi),介質壓(ya)力越高密(mi)封(feng)擠壓(ya)越緊(jin)。當流道介質逆流時(shi),隨著(zhu)介質壓(ya)力的(de)增大蝶板與閥(fa)座之間的(de)實際(ji)密(mi)封(feng)比壓(ya)小于必需(xu)比壓(ya)或閥(fa)桿發生變(bian)形時(shi),密(mi)封(feng)開(kai)始泄漏(lou)。
在原有(you)基礎上將(jiang)多層次的密封(feng)(feng)圈(quan)更換,采用(yong)(yong)金(jin)屬直接加(jia)工而成。為使密封(feng)(feng)圈(quan)仍具有(you)一定的彈(dan)性(xing)(xing),選(xuan)擇U形彈(dan)性(xing)(xing)槽(cao)結構。根據應用(yong)(yong)介(jie)質及壓力溫度不(bu)同(tong),選(xuan)擇合(he)適(shi)的密封(feng)(feng)圈(quan)材質,也可以用(yong)(yong)堆(dui)焊或者(zhe)表(biao)面處理等技術(shu)控制密封(feng)(feng)面的性(xing)(xing)能(neng)。
利用(yong)SolidWorksSimulation對密封圈(quan)形(xing)式進行(xing)分析和對比,其(qi)中(zhong),假定介(jie)質(zhi)壓力為(wei)(wei)5.0MPa,A為(wei)(wei)原有多層(ceng)次密封圈(quan),B為(wei)(wei)改進后U形(xing)彈性槽密封圈(quan)(圖1)。
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1.蝶板2.密(mi)封圈3.圓(yuan)柱銷4.壓(ya)緊環(huan)5.石墨(mo)墊片
圖1 蝶板密封副結構
表1 變形量對比
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根據(ju)位移云圖(圖2~圖6)和表1可以看(kan)出,進口(kou)和出口(kou)方向都(dou)設計彈性槽(cao)的密(mi)封圈變形(xing)量較大,至少是原(yuan)結構的10倍以上。
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圖2 不加彈性槽
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圖3 進口方向加(jia)彈性槽
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圖4 出(chu)口方(fang)向加彈性槽(cao)
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圖5 兩側加彈性槽正向施壓
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圖6 兩側加彈性槽反(fan)向施壓
3 結語
彈(dan)性(xing)密(mi)封(feng)(feng)圈(quan)在(zai)介質(zhi)力作用下發(fa)生彈(dan)性(xing)形(xing)變(bian),補(bu)償了加工過程中的(de)誤差,增加了實際(ji)密(mi)封(feng)(feng)比(bi)壓,密(mi)封(feng)(feng)性(xing)能得到(dao)明顯提(ti)高。在(zai)反向密(mi)封(feng)(feng)時(shi),由于閥(fa)(fa)(fa)桿和蝶板(ban)軸孔及閥(fa)(fa)(fa)體(ti)軸孔都是間隙配合(he),在(zai)介質(zhi)力作用下密(mi)封(feng)(feng)面(mian)(mian)的(de)實際(ji)比(bi)壓會(hui)降(jiang)低(di),彈(dan)性(xing)槽的(de)變(bian)形(xing)會(hui)起(qi)到(dao)一定(ding)的(de)彌(mi)補(bu)作用,在(zai)雙向互(hu)換管路中可(ke)以達到(dao)反向密(mi)封(feng)(feng)。與多層軟硬疊式密(mi)封(feng)(feng)面(mian)(mian)相比(bi),密(mi)封(feng)(feng)面(mian)(mian)對介質(zhi)的(de)正面(mian)(mian)沖刷基本不受影響。金屬材料彈(dan)性(xing)密(mi)封(feng)(feng)圈(quan)可(ke)有(you)效(xiao)防(fang)止火災,使用安(an)全并其壽命(ming)更長。小口徑閥(fa)(fa)(fa)門可(ke)以采用整體(ti)蝶板(ban)的(de)結構形(xing)式,即蝶板(ban)、密(mi)封(feng)(feng)圈(quan)及其壓緊環整合(he)為(wei)一個(ge)零(ling)件(jian)。在(zai)高溫高壓、雙向互(hu)換或腐蝕性(xing)介質(zhi)管路上都可(ke)以應用,適(shi)用范圍明顯提(ti)高。
通過加彈(dan)性(xing)槽結構(gou)的(de)(de)蝶板金屬密(mi)封面與多層次(ci)密(mi)封圈在彈(dan)性(xing)形變(bian)方面的(de)(de)對(dui)比(bi),結果證明(ming)蝶板彈(dan)性(xing)槽對(dui)密(mi)封性(xing)能起到(dao)一(yi)定(ding)的(de)(de)彌補作用(yong),并在耐沖刷、防(fang)腐蝕和降低流阻系數(shu)方面有明(ming)顯改善,從而提高了(le)蝶閥(fa)的(de)(de)密(mi)封性(xing)能,使(shi)三偏心金屬密(mi)封蝶閥(fa)的(de)(de)優勢更(geng)加突出。