本发明专利技术公开了一种动静密封面的挤压角度较小且不发生干涉的四偏心蝶阀，它满足：①a≥[(c+d)/2]-c/3；②100°≥θ≥90°、100°≥ω≥90°，其中，“θ”为∠MNO，“ω”为∠PQO；③直线MN的延长线与直线QP的延长线之间的角平分线5与Y轴的交点k’偏离从阀板转轴3的轴心O向Y轴所作垂线的垂足k；④阀板1顶面和底面的整个边缘通过倒角削去，倒角处阀板1的剩余厚度为c/5～c/3；⑤b为0.01D～0.08D。本发明专利技术还公开了上述四偏心蝶阀的设计方法，该方法设计过程中只有一项参数bmin需要通过实验确定，并且优化目标与以有的设计方法不同，采用此优化目标可使密封面上的压力最均匀，密封效果好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属硬密封偏心蝶阀，尤其涉及斜切圆锥台阀板及与该阀板配合的阀座。
技术介绍
理想的硬密封蝶阀应符合以下三项要求1)阀板在完全关闭前的运动过程中，任 何一点都不能与阀座的静密封面接触，否则即形成干涉；而关闭后，阀板的动密封面与阀座 的静密封面又必须完全贴合，即动静密封面应为相同的几何面。2)若操作阀板沿关闭方向 继续运动(即旋紧阀板)，此过程中动密封面能向静密封面施加微小的压入，以产生足够的 密封比压，否则不能很好地密封。幻动密封面对静密封面所产生的压入量最好在整个密封 面上是均勻的。为了满足上述要求，硬密封蝶阀经历了不断的发展。早期的蝶阀没有采用任何偏心设计，其动静密封面采用以阀板转轴的轴心旋转的 球面，并且阀板转轴定于阀板的几何中心上。因此，该蝶阀仅仅能够满足上述要求中的第1) 项。并且，由于阀板转轴的直径范围位于阀座的静密封面以内，因此还必须考虑阀板转轴直 径范围的孔区的密封问题，增加了蝶阀结构的复杂性。此后出现了双偏心蝶阀。双偏心蝶阀的动静密封面仍采用以阀板转轴的轴心旋转 的球面，但其阀板转轴的轴心不仅偏离了阀板中心线(即产生第一偏心量a)，并且还偏离 了蝶阀的流道中心线(即产生第二偏心量b)。第一偏心量a的作用是使阀板转轴的直径范 围能够位于阀座的静密封面以外。为此，第一偏心量a必须大于或等于(c+d)/2(阀板厚度 为c，阀板转轴的直径为d)。第二偏心量b的作用是制造出一个运动物体与运动空间的不 对称度，以满足旋紧阀板时动密封面向静密封面施加微小的压入的要求。但第二偏心量b 过大会造成密封面受压不均，因此第二偏心量b的值可由密封面受压均勻情况来确定。双 偏心蝶阀能够满足上述要求中的第1) 2)项，并且解决了无偏心蝶阀设计上必须考虑阀 板转轴直径范围孔区密封的问题。但是，由于双偏心蝶阀的密封面仍为球面，故阀板与阀座 的加工存在一定难度。由此诞生了三偏心蝶阀。三偏心蝶阀相比于双偏心蝶阀，在保留了第一偏心量a 和第二偏心量b的基础上，将阀板上的动密封面以及阀座上与其配合的静密封面设计成易 于加工的锥面，并因此产生了第三偏心角α。如图1 2所示，为具体说明三偏心蝶阀的结 构，现以阀板中心线101为Z轴、偏心蝶阀的流道中心线401为Y轴、过Y轴和Z轴交点且 平行于阀板转轴3的直线为X轴建立坐标系，则阀板转轴3的轴心0与Z轴的距离为a(即 第一偏心量a)，阀板转轴3的轴心0与Y轴的距离为b (即第二偏心量b)，阀板1在Y轴方 向的厚度为c，阀板转轴3的直径为d，阀座2的最大孔径为D(即蝶阀的通径为D)。如图1所示，若将该阀板1的与H平面平行且X = 0的剖面的四个端点分别设为 M、N、Q和P，则直线MQ的长度即等于D ；同时，由于阀板1上任意一点均绕阀板转轴3的轴 心0作圆运动，要使阀板1上的N和Q点在关闭前与静密封面的对应线段MN和QP不产生 干涉，则必有θ彡90° (设θ = Z ΜΝ0)，ω彡90° (设ω = Z PQ0)，从而使直线丽的延长线与直线QP的延长线的交点偏离Y轴，形成第三偏心角α。由于第三偏心角α的存 在，阀板1必为一个斜切圆锥台。显然，该斜切圆锥台的旋转加工轴心线就是直线MN的延 长线与直线QP的延长线的角平分线5。第三偏心角α以及该斜切圆锥台的半锥角β是加 工该斜切圆锥台必不可少的加工参数。目前在设计三偏心蝶阀的阀板时，共涉及六项参数的选取，即上述的第一偏心量 a、第二偏心量b、阀板厚度C，阀板转轴的直径d、第三偏心角α以及半锥角β。其中，参数 c根据阀门工作压力确定，参数d由阀板开关力矩确定。上面提到，第一偏心量a的作用是 使阀板转轴的直径范围能够位于阀座的静密封面以外，因此第一偏心量a必须大于或等于 (c+d)/2 ；第二偏心量b的作用满足旋紧阀板时动密封面向静密封面施加微小的压入的要 求，但第二偏心量b过大又会造成密封面受压不均，因此第二偏心量b的值可由密封面受压 均勻情况来确定。在大致确定参数c、d、a、b的取值后，就涉及到第三偏心角α以及半锥 角β的取值问题。再次结合图1可以发现，可能是出于方便设计的原因，以往的设计者都直接将直 线MN的延长线与直线QP的延长线的角平分线5与Y轴的交点设定在从阀板转轴3的轴 心0向Y轴所作垂线的垂足k上。这样，只要确定了M点和k点的位置并选定参数θ和参 数α，就可以得到斜切圆锥台的旋转加工轴心线以及N点和参数β。M点的位置可由D/2 得到；而k点是阀板转轴3的轴心0向Y轴所作垂线的垂足，故可由参数a得到；虽然参数 θ >90°时在X = O的剖面不产生干涉，但考虑到当θ =90°时动静密封面的挤压夹角最 小，同等扭矩情况下动静密封面的挤压力就越大，因此最好将θ取为90°或略大于90°。 这时，就只剩下对参数α的选取了。实际上，无论怎么选择三偏心角α，都不可能完全解决动静密封面的干涉问题。这 是因为，图1所示的情形只能确保动静密封面在与TL平面平行且X = 0的剖面上不产生干 涉，但并不能使所有与H平面平行且Ixl兴0的其他剖面均不产生干涉。此时，要解决动 静密封面的干涉问题，只有将参数θ增大到不可接受的程度，不仅使动静密封面的挤压夹 角变得很大，而且导致阀板1薄得不能承压。已有研究发现，调整参数a、b、α和β能够扩大动静密封面不发生干涉的范围。 因此，目前所见三偏心蝶阀的优化参数研究的几乎都集中在搜索a、b、α和β四项参数方 面。比如，发表于《流体机械》2003年第35卷第5期上，作者为梁瑞等的论文“三偏心结构 蝶阀金属密封副干涉几何学分析”中提出，α应为5° 10°、β 8°。又如，专利技术专利 号“02159988. 2”中，利用ANSYS软件搜索最优，其目标函数为无压状态下，摩擦扭矩T最小， 这就是在找阀板运动过程中动静密封面的干涉体积最小的参数配合。然而，论文“三偏心结 构蝶阀金属密封副干涉几何学分析”中提出，当阀板厚度c较大时根本就不可能搜索到完全 满足不干涉条件的a、b、α和β四项参数。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种动静密封面的挤压角度较小且不发生干涉的四偏心蝶阀。该四偏心蝶阀包括阀座、阀板及阀板转轴，所述阀板为一斜切圆锥台，该斜切圆锥 台的锥面作为动密封面与阀座上与之配合的静密封面构成一对硬密封副，在以阀板中心线 为Z轴、偏心蝶阀的流道中心线为Y轴、过Y轴和Z轴交点且平行于阀板转轴的直线为X轴所建立的坐标系中，阀板转轴的轴心0与Z轴的距离为a，阀板转轴的轴心0与Y轴的距离 为b，阀板在Y轴方向的厚度为c，阀板转轴的直径为d，阀座的最大孔径为D，若将该阀板 的与TL平面平行且X = 0的剖面的四个端点分别设为M、N、Q和P，则直线MQ的长度等于 D，且直线MN的延长线与直线QP的延长线的交点偏离Y轴，该斜切圆锥偏心蝶阀还满足 ①a 彡-c/3、100° 彡 θ 彡 90°、100° 彡 ω 彡 90° 以及 b 为 0.01D 0. 08D的情况下，如果将倒角处阀板的剩余厚度设置在c/5 c/3这一范围，就可以解决动 静密封面的干涉问题。实际上，通过阀板倒角还可以带来以下有益效果。首先，倒角能使动静密封面之 间起密封作用的线段变短，趋近于所谓的“线密封”，以达到更好的密封效果；其次，倒角 后本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．四偏心蝶阀，包括阀座（２）、阀板（１）及阀板转轴（３），所述阀板（１）为一斜切圆锥台，该斜切圆锥台的锥面作为动密封面与阀座（２）上与之配合的静密封面构成一对硬密封副，在以阀板中心线（１０１）为Ｚ轴、偏心蝶阀的流道中心线（４０１）为Ｙ轴、过Ｙ轴和Ｚ轴交点且平行于阀板转轴（３）的直线为Ｘ轴所建立的坐标系中，阀板转轴（３）的轴心Ｏ与Ｚ轴的距离为ａ，阀板转轴（３）的轴心Ｏ与Ｙ轴的距离为ｂ，阀板（１）在Ｙ轴方向的厚度为ｃ，阀板转轴（３）的直径为ｄ，阀座（２）的最大孔径为Ｄ，若将该阀板（１）的与ＹＺ平面平行且Ｘ＝０的剖面的四个端点分别设为Ｍ、Ｎ、Ｑ和Ｐ，则直线ＭＱ的长度等于Ｄ，且直线ＭＮ的延长线与直线ＱＰ的延长线的交点偏离Ｙ轴，其特征在于：①ａ≥［（ｃ＋ｄ）／２］－ｃ／３；②１００°≥θ≥９０°、１００°≥ω≥９０°，其中，“θ”为∠ＭＮＯ，“ω”为∠ＰＱＯ；③直线ＭＮ的延长线与直线ＱＰ的延长线之间的角平分线（５）与Ｙ轴的交点ｋ’偏离从阀板转轴（３）的轴心Ｏ向Ｙ轴所作垂线的垂足ｋ形成了第四偏心量ｅ；④阀板（１）顶面和底面的整个边缘通过倒角削去，倒角处阀板（１）的剩余厚度为ｃ／５～ｃ／３；⑤ｂ为０．０１Ｄ～０．０８Ｄ。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：潘世永，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：90
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