三偏心硬密封蝶阀密封改进方案

【资料简介】

　　三偏心硬密封蝶阀密封改进方案目前在国内的设计和生产已经非常普遍，对于第三偏心的密封面结构一般为成熟的斜置圆锥面形式，实际还有另外一种斜圆锥面密封形式。文章针对这两种密封面形式进行了分析和对比。三偏心蝶阀的密封面的设计加工是三偏心技术的核心，直接影响到产品的性能。本文涉及到的两种密封面方式各有自己的优势和特点，根据具体的情况来选择合适的密封形式。
 

一、三偏心硬密封蝶阀密封改进方案分类
 

　　1、同心蝶阀
 

　　该种蝶阀的结构特征为阀杆轴心、蝶板中心、本体中心在同一位置上。结构简单、制造方便。常见的衬胶蝶阀即属于此类。缺点是由于蝶板与阀座始终处于挤压、刮擦状态、阻距大、磨损快。为克服挤压、刮擦、保证密封性能、阀座基本上采用橡胶或聚四氟乙烯等弹性材料、但也因而在使用上受到温度的限制、这就是为什么传统上人们认为蝶阀不耐高温的原因。
 

2、单偏心蝶阀
 

　　为解决同心蝶阀的蝶板与阀座的挤压问题、由此产生了单偏心蝶阀、其结构特征为阀杆轴心偏离了蝶板中心、从而使蝶板上下端不再成为回转轴心、分散、减轻了蝶板上下端与阀座的过度挤压。但由于单偏心构造在阀门的整个开关过程中蝶板与阀座的刮擦现象并未消失、在应用范围上和同心蝶阀大同小异、故采用不多。
 

3、双偏心蝶阀
 

　　在单偏心蝶阀的基础上进一步改良成型的就是目前应用泛的双偏心蝶阀。其结构特征为在阀杆轴心既偏离蝶板中心、也偏离本体中心。双偏心的效果使阀门被开启后蝶板能迅即脱离阀座、大幅度地消除了蝶板与阀座的不必要的过度挤压、刮擦现象、减轻了开启阻距、降低了磨损、提高了阀座寿命。刮擦的大幅度降低、同时还使得双偏心蝶阀也可以采用金属阀座、提高了蝶阀在高温领域的应用。但因为其密封原理属位置密封构造、即蝶板与阀座的密封面为线接触、通过蝶板挤压阀座所造成的弹性变形产生密封效果、故对关闭位置要求很高(特别是金属阀座)、承压能力低、这就是为什么传统上人们认为蝶阀不耐高压、泄漏量大的原因。
 

4、三偏心蝶阀
 

　　要耐高温、必须使用硬密封、但泄漏量大；要零泄漏、必须使用软密封、却不耐高温。为克服双偏心蝶阀这一矛盾、又对蝶阀进行了第三次偏心。其结构特征为在双偏心的阀杆轴心位置偏心的同时、使蝶板密封面的圆锥型轴线偏斜于本体圆柱轴线、也就是说、经过第三次偏心后、蝶板的密封断面不再是真圆、而是椭圆、其密封面形状也因此而不对称、一边倾斜于本体中心线、另一边则平行于本体中心线。
 

5结构分析
 

　　首先是对密封面的一个说明，如图1所示，密封面分为阀座密封面和阀板密封面：
 

　　两个表面的形状都是圆锥的斜面，而且这两个表面必须是出自同一个圆锥的表面才能够保证两个密封面能够贴合，从而实现密封的目的。
 

5.1 正圆锥
 

　　正圆锥是指一个完整回转体形成的圆锥，即用一个直角三角形绕直角边旋转360°得到的圆锥，如图2所示，每一个竖截面都是轴对称，而使用密封面则是将圆锥横置后，一条母线水平，截取中间的一段作为密封的部分，从底面观察可以看到细微的差别，但是由于圆锥角度并不是很大，所以正圆锥的斜截面形成的椭圆长短轴差异很小，比如这个模型中的长短轴也就差异4mm，通过肉眼也不容易分辨出来。
 

　　斜圆锥的建模原理和正圆锥的回转方式*不同，不是通过回转形成的几何体，在建模软件中无法通过旋转命令完成，而是通过不同的圆截面“堆积”而成，所有圆形截面都与一条母线相切，并且圆心都通过一条直线，三维模型建模时候可以通过混合扫描的方式来实现，构图的原理可以按照图7进行说明。
 

　　综上所述，两种圆锥的不同之处就是底面的截面，正圆锥是椭圆，可以理解为无限多个椭圆“堆积”而成，所有椭圆的中心在一条直线上；斜圆锥是正圆，可以理解为无限多个正圆“堆积”而成，所有的圆形的圆心都在一条直线上。
 

6两种密封表面的特点对比
 

　　因为这两种圆锥面的形成原理不同，所以从产品自己的结构特点还是加工特性以及相应影响到的产品性能方面都有所差别，下面就分别就这几个方面对正圆锥密封面和斜圆锥密封面进行分析。
 

　　这第三次偏心的大特点就是从根本上改变了密封构造、不再是位置密封、而是扭力密封、即不是依*阀座的弹性变形、而是*依*阀座的接触面压来达到密封效果、因此一举解决了金属阀座零泄漏这一难题、并因接触面压与介质压力是成正比的、耐高压高温也迎刃而解。
 

7、密封面加工
 

　　通过工装可以保证两个密封面获得*相同的角度，并获得一定的表面精度。由于密封面是一个锥面体的斜切部分，在车、磨等切削加工回转360°时，大部分行程中空转，没有与工件接触切削金属，只有一小部分行程中与工件接触切削金属，形成了断续的加工过程。工件在脱离切削和渐入切削的瞬间，会受到瞬时的冲击，这些因素导致加工后的曲面存在不可修复的微小尺寸偏差和微小的不规则变形。
 

　　由于密封面是一个锥面体的斜切部分，使得阀座密封面和蝶板密封面不能进行研磨。所以密封面的微小尺寸偏差和微观不平整度只能通过密封圈本身的变形来消除，这需要加大阀杆的力矩。但是在力矩超出限度后，阀门密封性能会降低。正是由于这个原因，三偏心硬密封蝶阀的密封试验中正向试验压力升高到一个临界数值时会导致泄漏(理论上正向压力是帮助阀门密封的，压力越高越容易密封)，这个临界压力与密封面的微观不平度及尺寸偏差等有关。经过分析，密封圈毛坯采用了覆盖原斜锥尺寸的结构。这样在进行密封圈的车、磨等加工时，都处于切削加工状态，避免了不连续切削，可以很好地确保密封圈的密封面尺寸精度要求。
 

　　在整个加宽的阀座密封面范围内堆焊硬质合金，在车削和磨削过程中，虽然在开始和有一段还是处于不连续切削，但是在与密封圈相配合的整个有效密封区域内是连续切削。由于机加工过程中采用加宽的密封面毛坯，还需要改进阀体和密封圈的工装，才能保证顺利加工和确保加工精度的要求。在完成车削和磨削后对阀座和密封圈的密封面进行研磨，以消除微观的表面不平度，获得近似于镜面的表面精度，从而保证优良的密封性能。在进一步按图纸尺寸加工，去除此工艺方法导致的多余金属之前，进行密封试验。此工艺方法成本较高，如钴基硬质合金的堆焊用量增加等。
 

8、三偏心硬密封蝶阀密封改进方案结语
 

　　三偏心硬密封蝶阀的高弹性等强度密封圈改善了密封圈的受力分布，使密封圈周边在阀杆力矩的作用下有基本上均匀一致的应力和变形。针对在加工过程中的不连续切削和无法研磨问题，提出了在制造过程中工艺加宽阀座密封面和密封圈的方法，以使密封面在加工过程中处于连续切削状态，改善切削加工条件，改善和工件的受力情况，获得更好的表面尺寸精度，并可以实现阀座密封面和蝶板密封面的研磨。通过这些措施获得三偏心硬密封蝶阀优异的密封性能和的使用寿命。