浅议三偏心蝶阀结构参数变化对其蝶板干涉的影响分析与研究

发布时间:2011-01-30  点击数:3007
    三偏心蝶阀的基本结构特点是阀杆位置决定了轴向和径向两个偏心,形成蝶板锥体的倾斜度决定了另一个角偏心。因此,我们在设计三偏心蝶阀时要合理的设计各个参数值避免发生干涉现象。本文将定性的分析三偏心蝶阀的结构参数变化对干涉现象的影响。
一、结构分析
    三偏心蝶阀的蝶板是正圆锥偏转一定的角度后切割而成的(图1),因此可以用正圆锥方程经过坐标转换得出形成蝶板的圆锥方程。在图1的x′-y′坐标系中,正锥方程为

    经坐标变换后得到的圆锥方程为
 



    式中a———径向偏心,mm
    e———轴向偏心,mm
    α———偏心角,(°)
    β———半锥角,(°)
    v———锥体角分线和密封面中心线交点与阀
    体中心线之间的距离,mm
    H———锥体顶角与密封面中心线之间的距离,mm
    b———密封面宽度,mm
    当z=z0时,圆锥方程在x′-y′坐标系内变为


    由于z02>0,因此在x′-y′坐标系中此方程是以((H+e)/cosα,0)为中心,焦点为(-2z0,2z0)的双曲线方程(图2)。在x′-y′坐标系中当z0取不同值时蝶板密封面的截面边界轮廓如图3所示。


二、干涉分析
    1、原理
    在调节阀全关状态下蝶板与阀座两密封面完全接触,处处贴合。将蝶板绕回转轴线旋转一定角度,如果旋转过程无干涉发生,则阀门通过干涉检验。设P为蝶板密封表面上任意一点,由于P点绕回转轴线旋转的轨迹为圆,过P点且垂直回转轴线的平面M截交阀座密封表面,所得曲线在x∈[e-b/2,e+b/2]内为双曲线的一支或一支的两部分。如果在旋转过程中圆的轨迹在密封面宽度范围内始终在双曲线轨迹的内部,则表示蝶板密封面不会与阀座密封面发生干涉,如果在旋转过程中圆的轨迹在密封面宽度范围内在双曲线轨迹的外部,则蝶板密封面将与阀座密封面发生干涉(图4)。


    2、数据分析
    利用程序可得出部分参数不发生干涉的范围(表1)。以DN=200mm,PN=215MPa的蝶阀为例进行分析。



    在不干涉的参数值范围内,单一地改变某个参数得到的δ值如表2~表6和图5~图9所示(δ为在X、Z坐标值相同时双曲线与圆的Y坐标的差值,正值表示不干涉,负值表示发生干涉)。







    从蝶板不发生干涉的角度分析,得出如下结论。
    ①随着a的增加δ先减后直线增加,为了不使阀门产生干涉现象,应选择较大的a值。
    ②随着e的增加δ近似呈直线下降,因此e一般取最小值附近的值。
    ③随着b的增加δ减小,因此b的取值一般不宜过大。
    ④随着α的增加δ先增后减,α应选择拐点附近的值。
    ⑤随着β的增加δ近似呈直线增加,因此β应选择较大值。
三、结论
    在三偏心蝶阀各个参数的确定过程中很多参数只能确定一定的范围,在参数的合理化选择的过程中主要考虑的因素有密封、力矩和干涉以及阀门结构等几方面的问题。在参数确定过程中可以利用本文的方法来验证参数不发生干涉的范围,然后再根据阀门结构设计的其他要求对参数进行选择,这样在阀门产品设计过程中使得干涉检验变得更加方便,提高产品设计的效率。

    参考资料
    杜兆年,吴健。三偏心蝶阀的结构动力学研究(C)。中国流体工程学会,2002。
    明友。基于阀门仿真系统的三偏心蝶阀的结构及运动性能分析(J)。兰州理工大学,2006,(6)。
    郝承明。蝶阀技术的新进展(J)。阀门,2001,(5)。
    何世权,明友,等。三偏心金属蝶阀干涉分析(J)。流体机械,2006,(8)。