蝶阀密封结构创新设计

蝶阀密封结构创新设计河北工业大学创新设计研究所主要内容:1.蝶阀产品概述3.技术进化分析2.技术成熟度预测4.产品开发新设想产生5.技术开发1.蝶阀产品概述

蝶阀是大口径管道流体控制的阀门，具有切断、调节和止回的功能。近年来蝶阀逐渐被广泛用于各行业。且高性能蝶阀已经应用到低温、高温、高压、真空、泥浆等条件恶劣工况。随着工业的发展，不同行业对设备性能要求越来越严格，所以蝶阀密封结构设计一直是重要的研究课题。

1.1密封原理蝶阀实现密封功能的关键结构部分包括阀杆、阀板、阀座、阀体。驱动装置带动阀杆、阀板旋转来启闭阀门，关闭时依靠安装在阀板边缘的密封圈与阀座的互相挤压实现密封。Shaft1.2问题分析

由于阀板启闭时，阀板围绕阀杆轴心旋转运动，密封圈与阀座间存在着摩擦，频繁启闭就会造成密封圈的磨损，时间长久会使蝶阀密封性能下降，甚至发生泄漏。Shaft2.技术成熟度预测发明问题解决理论(TRIZ)认为任何产品都是由核心技术支撑的技术系统，技术系统的进化要经历婴儿期、成长期、成熟期和退出期4个阶段，这些阶段组成了产品的技术生命周期，可用分段线性S曲线表示。确定产品在S曲线上的位置称为产品技术成熟度预测。时间弥补缺陷专利数量专利数量专利级别时间时间2.技术成熟度预测查询国内专利数据库，检索出自1985年到2005年与蝶阀有关的公开专利共计688份。从中筛选出与蝶阀密封结构设计有关的发明专利和实用新型专利共计610余份。并确定出专利的发明级别和弥补缺陷专利的数量，分别与传统曲线进行比较。可确定出蝶阀密封技术处于S曲线的成熟前期位置。从而需要对蝶阀产品进行创新，产生新的核心替代密封技术。2.技术成熟度预测3.技术进化分析产品进化模式模式一：精简化，指系统由简单到复杂、再由复杂到简单的进化；模式二：微观化，指系统由宏观物体向微观物体的进化；模式三：柔性化，指系统向动态性增加的方向进化；模式四：曲面化，指系统几何形状的进化；模式五：多维化，指系统向维数增加的方向进化；模式六：调和化，指系统向各部件和谐的方向进化；模式七：集成化，指系统向超系统方向进化；模式八：自动化，指系统向可控性增加的方向进化；模式九：智能化，指系统向减少人的介入方向进化；模式十：理想化，指系统向增加理想化水平的方向进化。

产品进化路线

每种进化模式都有多条进化路线，每条进化路线定性地指出了技术系统沿每一进化方向的具体进化阶段，从结构进化的特点描述产品核心技术所处的状态序列，其实质是产品如何从一种核心技术移动到另一新的核心技术。

理想解模式_1模式_2模式_10路线_1,1路线_1,2路线_1,m1路线_10,1路线_10,2路线_10,m10…………技术进化预测

如果技术系统沿相关路线没有进化到最高阶段，则技术系统沿相关路线还有进化“技术机会”。通过对每个技术机会的分析，可以产生若干创新设想。从而可对系统的未来技术进化发展方向作出预测。

增加动态性及可控性

蝶阀核心技术进化分析

蝶阀的核心技术应该是实现密封功能的关键结构部分，包括阀杆、阀板、阀座和密封圈。这些关键部件的技术发展历程就代表了蝶阀核心技术的进化历程。

经过专利分析，提取总结出执行部件的技术发展历程的部分进化趋势：蝶阀核心技术进化分析1）阀杆、阀板与阀体中心线三者之间的结构关系：

无偏心单偏心双偏心三偏心2）阀杆和阀板之间的链接方式：

刚性链接一个铰接两个铰接柔性链接

3）密封面形状：

点接触线接触圆锥面接触球形面接触

4）密封圈结构：

软密封硬密封软硬组合密封蝶阀核心技术进化分析蝶阀密封结构技术进化分析选择与蝶阀核心技术系统进化趋势相关的TRIZ进化路线，对其进行技术进化分析，共有11条进化路线与蝶阀密封技术的进化趋势有关。相关进化路线分析企业的决策者或设计者可结合自身企业的产品特点设计水平、制造水平、管理水平和人员知识素质，客户需求等因素，选择最具有进化潜力的相关进化路线。确定最具有进化潜力的路线：Line1：动态性增加Line2：物质或物体的分割相关进化路线分析动态性增加技术进化机会分析物质或物体的分割4.产品开发新设想产生蝶阀的关键密封技术在于其能否达到零泄漏的要求，这可以通过补偿密封圈的磨损来减少泄露量，密封圈不受摩擦力是这一问题的理想解。可以通过以下方法实现：控制阀板在启闭瞬间，阀板与阀座尽量少接触。NewIdea1:基于“动态性”路线：目前发展水平“多个绞接”可以对目前的三杆阀技术进行优化。以减少密封面之间的摩擦，提高通道内有效通流面积。4.产品开发新设想产生三杆蝶阀虚拟装配图

传动轴安装于通道外，启动力矩缩小，启动时间快，并且有效通流面积提高。4.产品开发新设想产生三杆蝶阀缺点：由于蝶板开启时的运动是沿着圆弧曲线的近似水平移动，与阀座密封面之间还是存在摩擦，长期频繁的启闭就会造成密封面磨损，密封性能下降。

4.产品开发新设想产生蝶阀的关键密封技术在于其能否达到零泄漏的要求，这可以通过补偿密封圈的磨损来减少泄露量，密封圈不受摩擦力是这一问题的理想解。可以通过以下方法实现：控制阀板在启闭瞬间，阀板与阀座不接触。NewIdea2:基于“动态性”路线：潜力状态“弹性体”可以采用弹簧的弹性来完成以上功能；比如设置可使阀板沿阀杆轴向平移的阀板平移机构。或者应用有弹性的、耐磨的金属密封圈。NewIdea3:基于“物质或物体的分割”路线：目前发展水平“分成多个部分”可以赋予阀座非固定的概念，把阀座、阀体二者由固定连接发展为阀座可以沿阀体移动。4.产品开发新设想产