【中國泵閥商務網(wǎng) 技術(shù)研討會】三偏心蝶閥以密封可靠，動作靈活，使用壽命長著稱。它是結(jié)構(gòu)的一種蝶閥，具有優(yōu)異的密封性能，可用于高溫、高壓環(huán)境，滿足了電站、石油、化工、冶金等行業(yè)對管件的苛刻要求，正得到越來越廣泛的應用。
　　
　　1前言
　　
　　三偏心蝶閥以密封可靠，動作靈活，使用壽命長著稱。它是結(jié)構(gòu)的一種蝶閥，具有優(yōu)異的密封性能，可用于高溫、高壓環(huán)境，滿足了電站、石油、化工、冶金等行業(yè)對管件的苛刻要求，正得到越來越廣泛的應用。本文介紹一種在簡化三偏心蝶閥設計的同時，優(yōu)化三偏心蝶閥的回轉(zhuǎn)中心位置的快速優(yōu)化設計方法。
　　
　　2三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)
　　
　　三偏心蝶閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它的3個偏心量分別為a，b，β。其中a為軸向偏心，表示蝶板的旋轉(zhuǎn)中心與蝶閥密封截面之間的軸向距離；b為徑向偏心，表示蝶板的旋轉(zhuǎn)中心與閥體中心線之間的徑向距離；β為角偏心，表示閥座旋轉(zhuǎn)中心線與閥體中心線之間的角度。由于存在角偏心，三偏心蝶閥的蝶板密封面形狀為橢圓，不同于一般蝶閥的圓形密封面，它將蝶板和閥座之間的密封形式由線密封優(yōu)化為面密封，使得蝶閥密封性能更優(yōu)。另外，由于3個偏心的存在，三偏心蝶閥為偏置板式結(jié)構(gòu)，蝶板形狀不對稱。
　　　　
　　3優(yōu)化設計
　　
　　傳統(tǒng)的三偏心蝶閥回轉(zhuǎn)中心的設計，需要大量的公式計算來確定3個偏心量，設計完成還需要根據(jù)三維***建模的干涉分析進行修改，工程量大，耗時長，延長了設計周期和設計成本?，F(xiàn)在通過Solidworks二維作圖介紹一種全新的，簡單易懂，方便操作，優(yōu)化效果好具有實用性的設計方法。
　　
　　3.1方法原理
　　
　　如圖2所示，B點和D點是蝶板關閉時蝶板密封表面上首*入閥體密封面的兩點，只有使B點的運動軌跡在CB線以上，D點的運動軌跡在DA線以下，蝶板繞回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)時才不會發(fā)生干涉。過B點和D點分別作BE垂直于BC，DF垂直于AD，DF、BE相交于M點，為了使得蝶板兩側(cè)不發(fā)生干涉，回轉(zhuǎn)中心就要在區(qū)域DME內(nèi)。其中M點是是極限位置，在這個位置，只是兩側(cè)的兩個極限點不干涉，而其他位置仍然會發(fā)生干涉的，要想*避免干涉，就要把旋轉(zhuǎn)中心沿著剛才說的角平分線向上側(cè)移動（由于無論偏向DF還是BE都會使得一側(cè)的干涉危險加大，所以在角平分線上是*選擇）。
　　　　
　　另外，除了避免蝶板兩側(cè)不干涉，還要避免軸頭兩端不干涉，所以回轉(zhuǎn)中心必須在流道中心線和圓錐中心線的上方，流道中心線及圓錐中心線的交點N為極限位置，只有當密封圈的厚度接近于零時，交點位置才合適，但是，密封圈的厚度是不會為零的，那么根據(jù)密封圈的厚度不同，也需要將旋轉(zhuǎn)中心的位置，沿著這個夾角的平分線向上移動。兩個平分線的交點，就是理論上的旋轉(zhuǎn)中心zui小徑向偏心量位置，也是*位置。在三偏心蝶閥的設計中，其閥桿軸線偏離蝶板中心線的偏心值越大，偏心力矩越大，導致閥門的啟閉力矩變大。即三偏心蝶閥的密封力矩和徑向偏心距近似成正比關系。因此，在保證不干涉的情況下，盡量選擇較小的徑向偏心量。另外，當閥門反向承壓時，會因蝶板徑向偏心產(chǎn)生的杠桿效應，使蝶板一邊壓強大，一邊壓強小。介質(zhì)推力使密封圈和閥座的密封比壓減小，蝶板容易產(chǎn)生變形及位移，從而導致閥門密封失效。所以為了減小蝶板反向承壓時杠桿效應的影響，應該將蝶板徑向偏心量減至zui小，使蝶板受力趨于平衡。可見，通過這種方法不但在避免干涉的情況下快速的確定三偏心蝶閥的回轉(zhuǎn)中心位置，還優(yōu)化了啟閉力矩及反向密封等性能。
　　
　　3.2Solidworks設計方法
　　
　　具體設計步驟：
　　
　?。?）利用Solidworks二維作圖***，先確定蝶板的閥座直徑和軸向偏心。閥座直徑一般會給出，軸向偏心根據(jù)軸徑和閥座寬度可以確定。
　　
　?。?）確定了閥座直徑和軸向偏心就基本確定了圓錐角。做出上述的2條角平分線。
　　
　　（3）根據(jù)實際設計經(jīng)驗調(diào)整偏心角，使得兩條角平分線交點位置在流道中心線上側(cè)，然后確定為回轉(zhuǎn)中心。
　　
　　（4）、量出偏心數(shù)據(jù)，根據(jù)實際加工和工裝公差進行調(diào)整，zui后確定數(shù)據(jù)。
　　
　　4實例分析
　　
　　文中以設計一個閥座直徑200mm、閥軸徑為48mm、閥座寬為12mm的三偏心蝶閥為例詳細介紹優(yōu)化設計過程。
　　
　　（1）根據(jù)閥軸直徑和閥座寬度確定軸向偏心至少要30mm，但是實際上，都會根據(jù)口徑大小，為了方便加工和裝配，再加2～7mm，本文中取為2mm，則軸向偏心確定為32mm。
　　
　?。?）利用Solidworks***，畫出已知量的結(jié)構(gòu)，如圖3，連接O點和P點，并且約束為圓錐角的角平分線。此時圓錐角已經(jīng)確定為35.49°。
　　　　
　?。?）根據(jù)前面講述的原理做出角平分線l1和l2交于K點如圖4所示。
　　　　
　　（4）根據(jù)設計經(jīng)驗調(diào)整偏心角為2°，如圖5，此時角平分線的交點K點在不干涉區(qū)域以外，所以不符合要求，需要重新調(diào)整偏心角。
　　　　
　?。?）重新調(diào)整偏心角為3°，如圖6所示。此時角平分線的交點K點在合適區(qū)域內(nèi)，符合要求，即取K點為回轉(zhuǎn)中心，量出此時的軸向偏心距為32.111mm，徑向偏心距為4.243mm。
　　　　
　?。?）根據(jù)測量出的尺寸，確定設計數(shù)據(jù)。閥座直徑200mm，閥軸徑為48mm，閥座寬為12mm，圓錐角35°，偏心角3°，軸向偏心32.5mm，徑向偏心4.5mm。
　　
　?。?）根據(jù)得到的實例數(shù)據(jù)，利用creo2.0建模進行干涉分析。首先建立蝶板模型、閥軸模型以及閥座模型，并且裝配好如圖7所示。其中密封面的建模利用圓錐切割來實現(xiàn)。閥軸和蝶板為剛性連接，閥軸和閥座為銷連接。
　　　　
　?。?）利用creo2.0的全局干涉分析對裝配模型蝶板不同角度下進行干涉分析，分析過程如圖8所示。由creo2.0分析結(jié)果，可以得知，在蝶板轉(zhuǎn)動過程中沒有干涉零件即不會發(fā)生干涉。
　　　　
　　5結(jié)語
　　
　　根據(jù)上述的設計方法，結(jié)合實際經(jīng)驗，可以快速地設計出三偏心蝶閥的3個偏心量，避免了蝶板和密封面的干涉，并且設計出zui小徑向偏心距，降低了閥門的啟閉力矩，也提高了三偏心蝶閥的反向密封性能。通過實例的設計分析，能夠迅速方便地給出三偏心蝶閥回轉(zhuǎn)中心設計的優(yōu)化方案，在實際生產(chǎn)中很大地提高了三偏心蝶閥設計的效率，縮短了設計周期，降低了設計成本，具有很好的借鑒價值。