三偏心蝶阀结构分析

1、三偏心蝶阀结构分析中国泵业网 三偏心蝶阀以密封可靠，动作灵活，使用寿命长著 称。它是结构最先进的一种蝶阀，具有优异的密封性能，可用于高温、 高压环境，满足了电站、石油、化工、冶金等行业对管件的苛刻要求， 正得到越来越广泛的应用。1前言三偏心蝶阀以密封可靠，动作灵活，使用寿命长著称。它是结构 最先进的一种蝶阀，具有优异的密封性能，可用于高温、高压环境， 满足了电站、石油、化工、冶金等行业对管件的苛刻要求，正得到越 来越广泛的应用。本文介绍一种在简化三偏心蝶阀设计的同时，优化三偏心蝶阀的回转中心位置的快速优化设计方法。2三偏心蝶阀结构三偏心蝶阀的结构如图1所示，它的3个偏心量分别为a, b,。其中

2、 a为轴向偏心，表示蝶板的旋转中心与蝶阀密封截面之间的轴向距离； b为径向偏心，表示蝶板的旋转中心与阀体中心线之间的径向距离； 为角偏心，表示阀座旋转中心线与阀体中心线之间的角度。 由于存在 角偏心，三偏心蝶阀的蝶板密封面形状为椭圆， 不同于一般蝶阀的圆 形密封面，它将蝶板和阀座之间的密封形式由线密封优化为面密封， 使得蝶阀密封性能更优。另外，由于3个偏心的存在，三偏心蝶阀为 偏置板式结构，蝶板形状不对称。图1三偏心蝶阀结构示意3优化设计传统的三偏心蝶阀回转中心的设计，需要大量的公式计算来确定3个偏心量，设计完成还需要根据三维*建模的干涉分析进行修改， 工程量大，耗时长，延长了设计周期和设计成

3、本。现在通过Solidworks 二维作图介绍一种全新的，简单易懂，方便操作，优化效果好具有实 用性的设计方法。3.1方法原理如图2所示，B点和D点是蝶板关闭时蝶板密封表面上首先进入 阀体密封面的两点，只有使B点的运动轨迹在CB线以上，D点的运 动轨迹在DA线以下，蝶板绕回转中心旋转时才不会发生干涉。过 B 点和D点分别作BE垂直于BC, DF垂直于AD, DF、BE相交于M 点，为了使得蝶板两侧不发生干涉，回转中心就要在区域DME内。其中M点是是极限位置，在这个位置，只是两侧的两个极限点不干 涉，而其他位置仍然会发生干涉的，要想完全避免干涉，就要把旋转中心沿着刚才说的角平分线向上侧移动（由于

4、无论偏向 DF还是BE 都会使得一侧的干涉危险加大，所以在角平分线上是最佳选择）。图 2蝶板示意另外，除了避免蝶板两侧不干涉，还要避免轴头两端不干涉，所以回 转中心必须在流道中心线和圆锥中心线的上方，流道中心线及圆锥中 心线的交点N为极限位置，只有当密封圈的厚度接近于零时，交点 位置才合适，但是，密封圈的厚度是不会为零的，那么根据密封圈的 厚度不同，也需要将旋转中心的位置，沿着这个夹角的平分线向上移 动。两个平分线的交点，就是理论上的旋转中心最小径向偏心量位置， 也是最佳位置。在三偏心蝶阀的设计中，其阀杆轴线偏离蝶板中心线 的偏心值越大，偏心力矩越大，导致阀门的启闭力矩变大。即三偏心 蝶阀的密

5、封力矩和径向偏心距近似成正比关系。 因此，在保证不干涉 的情况下，尽量选择较小的径向偏心量。另外，当阀门反向承压时，会因蝶板径向偏心产生的杠杆效应，使蝶板一边压强大，一边压强小 介质推力使密封圈和阀座的密封比压减小，蝶板容易产生变形及位 移，从而导致阀门密封失效。所以为了减小蝶板反向承压时杠杆效应 的影响，应该将蝶板径向偏心量减至最小，使蝶板受力趋于平衡。可 见，通过这种方法不但在避免干涉的情况下快速的确定三偏心蝶阀的 回转中心位置，还优化了启闭力矩及反向密封等性能。3.2Solidworks 设计方法具体设计步骤：(1)利用Solidworks二维作图* ,先确定蝶板的阀座直径和轴向偏 心。

6、阀座直径一般会给出，轴向偏心根据轴径和阀座宽度可以确定。(2)确定了阀座直径和轴向偏心就基本确定了圆锥角。做出上述的2条角平分线。(3)根据实际设计经验调整偏心角，使得两条角平分线交点位置在 流道中心线上侧，然后确定为回转中心。(4)、量出偏心数据，根据实际加工和工装公差进行调整，最后确 定数据。4实例分析文中以设计一个阀座直径 200mm、阀轴径为48mm、阀座宽为 12mm的三偏心蝶阀为例详细介绍优化设计过程。(1)根据阀轴直径和阀座宽度确定轴向偏心至少要 30mm,但是实 际上，都会根据口径大小，为了方便加工和装配，再加 27mm,本 文中取为2mm,则轴向偏心确定为32mm。(2)利用

7、Solidworks* ,画出已知量的结构，如图3,连接O点和35.49。P点，并且约束为圆锥角的角平分线。此时圆锥角已经确定为图3 (3)根据前面讲述的原理做出角平分线11和12交于K点如图4所示。图4 (4)根据设计经验调整偏心角为2,如图5,此时角平分线的 交点K点在不干涉区域以外，所以不符合要求，需要重新调整偏心 角。图5 (5)重新调整偏心角为3,如图6所示。此时角平分线的交点 K点在合适区域内，符合要求，即取 K点为回转中心，量出此时的 轴向偏心距为32.111mm,径向偏心距为4.243mm。200图6 (6)根据测量出的尺寸，确定设计数据。阀座直径200mm,阀轴径为48mm,

8、阀座宽为12mm,圆锥角35,偏心角3,轴向偏心 32.5mm,径向偏心4.5mm。 (7)根据得到的实例数据，利用creo2.0 建模进行干涉分析。首先建立蝶板模型、阀轴模型以及阀座模型，并 且装配好如图7所示。其中密封面的建模利用圆锥切割来实现。阀轴和蝶板为刚性连接，阀轴和阀座为销连接。图7蝶阀模型(8)利用creo2.0的全局干涉分析对装配模型蝶板不同角度下进行干 涉分析，分析过程如图8所示。由creo2.0分析结果，可以得知，在蝶板转动过程中没有干涉零件即不会发生干涉。图8干涉分析过程5结语 根据上述的设计方法，结合实际经验，可以快速地设计出三 偏心蝶阀的3个偏心量，避免了蝶板和密封面的干涉，并且设计