1、高温三偏心金属硬密封蝶阀设计概述 高温三偏心金属硬密封蝶阀设计 高温三偏心蝶阀设计

之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍本文应用Solidworks软件定性和定量分析三偏心蝶阀设计中各个参数的选择方法。三偏心蝶阀的各偏心参数及锥顶角的选取，决定了阀门开启时是否干涉，关闭时密封面密封比压是否均匀，及其密封的可靠性。高温三偏心金属硬密封蝶阀技术难点包括以下几个方面：

1、阀门选材。

2、解决阀门抱死难题，计算高温材料膨胀间隙量。

3、高温材料的焊接和硬化。

4、三维仿真模拟高温条件下受力分析试验。

5、工艺实现过程。

6、模具制作。三偏心蝶阀是在二偏心蝶阀基础上生成一个角度（密封面为斜锥面），从而形成三偏心蝶阀。该结构在启闭过程中无机械磨损和擦伤，其关闭力矩小、切断性能好、使用寿命长，同时具有调节和切断两种功能。

2 、高温三偏心金属硬密封蝶阀设计结构分析
三偏心蝶阀(图1)的整个关闭过程都不会出现干涉现象，在zui终关闭瞬间整个密封面相互贴合，类似于截止阀的关闭特性。因此三偏心蝶阀是扭矩密封型阀门，突破了以往蝶阀只能作为位置密封型阀门的限制。

三偏心蝶阀的径向偏心a、动密封副厚度b、静密封副厚度c、密封面椭圆长轴d、轴向偏心e、偏心角α和锥顶角β等7个参数可以确定三偏心蝶阀的密封副结构。d是由阀门的公称通径DN确定，e是由阀门的蝶板厚度和阀轴直径决定的，b和c是由阀门的设计压力及密封面材料、密封面密封比压决定的，a、α和β的选择则决定了三偏心蝶阀关闭时是否干涉及关闭后密封面密封比压是否均匀，密封是否可靠。

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀三偏心蝶阀设计中各个参数的选择方法本系列产品广泛应用于石油、化工、电力、冶金、环保、轻纺、造纸等工业部门的自动化控制系统中。适用于液体、气体、煤气、天然气、蒸汽等介质进行截止或调节流量控制。

解决方法主要涵盖以下几个部分：
(1)结构设计方案：蝶阀的形式有多种，比如中线型蝶阀、双偏心蝶阀及三偏心蝶阀等，前两种蝶阀的结构简单，加工容易，制造成本相对较低，但中线型蝶阀的上、下轴处的阀座位置密封性差;双偏心蝶阀存在几何干涉，阀座必须设计为弹性的，才能克服上下轴处的干涉从而达到密封。高温情况下，转动件之间的结构及间隙设计，也是一个很大的难点，一定要保证高温状态下开关顺畅，且密封性良好。但是处在800℃高温环境下弹性阀座有可能失效而使整个操作系统失效。zui后经过多方探讨和研究决定采用三偏心蝶阀结构形式，虽然设计、加工难度增加了数倍，但应用在这样的工况环境下是可靠的。
(2)耐高温材料的选择：800℃高温环境，相当于将阀门置身于一个炼钢炉里，要使阀门的开关正常密封良好，材料选择是难题，特别是起到密封作用的填料、密封垫等非金属材料。
(3)模具制作上，是整个加工制造工艺中zui难的，由于口径大，对制作设备要求很高。
(4)加工和焊接和装备：DN1800高温三偏心蝶阀，外形尺寸庞大，阀体外径2250mm，阀体总高3820mm，密封圈zui外径1722mm，大口径阀门加工困难，对制作加工胎具的精度要求较高，密封面堆焊工艺复杂，焊接难度大，采用高精度机床和技工，并通过外聘专家解决焊接和加工中的各种问题，甚至借用造船厂大口径加工设备，完成阀门的装配和打压调试。制作过程复杂，还需加工与之匹配的加工胎具，加工难度可想而知。
(5)高温试验：材料的强度和可靠性能否保证，都必须通过试验得到zui后的数据，为了确保阀门的可靠运行，我们了有资质和有实力的热处理公司，让阀门在高温环境800℃的环境中进行阀门动作试验，经受住了苛刻工况的考验。图1 三偏心蝶阀

3 、干涉分析
无论参数如何选取，在阀门全关状态下蝶板与阀体的密封副都是*贴合的。开启阀门如果不发生干涉，则过关阀门密封副必将全面干涉(图2a)。开启阀门如果有干涉产生，则过关阀门密封副将部分干涉、部分脱离(图2b)。此时的参数选择不可用。

(a)过关阀门密封副全面干涉

(b)过关阀门密封副部分干涉

三偏心蝶阀设计中各个参数的选择方法图2 阀门密封副工作状态

只有当发生图2a中的情况时，选择的参数才是可用的，然而一台阀门会有无数的参数组合能够满足图2a中的情况。只有选择出*的参数组合才能保证阀门的密封性能，降低阀门的制造难度。

4 、数据分析
以DN300超低温蝶阀为例，分析各个参数选择的方法。DN300超低温蝶阀是设计应用于空分行业，需在-196℃深冷工况下长期工作。此设计中d为290mm，e为35mm，b为8mm、c为20mm。通过Solidworks软件可以确定a、α和β的取值范围(表1)。

三偏心蝶阀设计中各个参数的选择方法表1 参数a、α、β取值范围

在参数a、α、β的取值范围内，单一变换某一参数过关阀门0.3°，计算密封副的干涉量。以变换参数为横坐标，干涉量为纵坐标绘制出参数与干涉量变化趋势图(图3)。

三偏心蝶阀设计中各个参数的选择方法(a)径向偏心 (b)偏心角 (c)锥顶角图3 参数与干涉量关系从径向偏心、偏心角、锥顶角与干涉量的关系可以看出，在不干涉的参数取值范围内，径向偏心、偏心角和锥顶角与干涉量呈正线性关系。

5 、结语
三偏心蝶阀的各个参数对阀门密封和干涉的影响是相互关联的。同一设计要求下会有无数个参数组合能够满足设计要求。但要综合考虑阀门的开、关扭矩，反向承压能力，制造难度等各方面因素。通过Solidworks干涉计算可以了解各个参数变化对阀门性能变化的影响趋势，从而选择出*参数组合。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀