首页 金属硬密封蝶阀密封副干涉的分析

金属硬密封蝶阀密封副干涉的分析

举报
开通vip

金属硬密封蝶阀密封副干涉的分析 文章编号 : 100225855 (2006) 0520001204 作者简介 : 倪平 (1947 - ) , 男 , 工程师 , 从事阀门的产品开发和工艺设计。 金属硬密封蝶阀密封副干涉的分析 倪  平 , 杨建宁 (宁波埃美柯铜阀门有限公司 , 浙江  宁波  315020)   摘要  运用 AutoCAD 对金属硬密封蝶阀密封挤压过程产生的干涉体进行定性和定量分析 , 为修正、验证和确定蝶阀的三偏心参数提供设计依据。分析了双偏心球面密封副的优良性能。   关键词  金属硬密封蝶阀 ; 三偏心蝶阀 ...

金属硬密封蝶阀密封副干涉的分析
文章编号 : 100225855 (2006) 0520001204 作者简介 : 倪平 (1947 - ) , 男 , 工程师 , 从事阀门的产品开发和 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 。 金属硬密封蝶阀密封副干涉的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 倪  平 , 杨建宁 (宁波埃美柯铜阀门有限公司 , 浙江  宁波  315020)   摘要  运用 AutoCAD 对金属硬密封蝶阀密封挤压过程产生的干涉体进行定性和定量分析 , 为修正、验证和确定蝶阀的三偏心参数提供设计依据。分析了双偏心球面密封副的优良性能。   关键词  金属硬密封蝶阀 ; 三偏心蝶阀 ; 密封 ; 干涉   中图分类号 : TH134     文献标识码 : A Trim interference analysis of metal hard seated butterfly valve N I Ping , YAN G Jian - ning (Ningbo AMICO Copper Valves Mfg Inc , Ningbo 315020 , China) Abstract : This essay is to provide qualitative and quantitative analysis for the interference solid created during seal extrusion of metal hard seated butterfly valve with AutoCAD , as well as to provide design2 ing proof for the modification , validation and determination of the three - eccentricity parameters of butterfly valve , with analysis of the optimized performance of double eccentricity sphere. Key words : metal hard seated butterfly valve ; three - eccentricity butterfly valve ; seal ; interference 1  概述 金属硬密封蝶阀的蝶板在关闭过程会挤压阀体 (阀座) 密封面 , 出现干涉。当密封面因挤压得到 足够的密封比压形成密封条件时 , 挤压部位会出现 连续不间断的环形金属挤压带。运用 AutoCAD 绘 图软件可以根据挤压带创建干涉体 , 并通过对其基 本形状进行的定性分析和对其截面各部位进行的测 量及定量分析 (挤压深度) , 为修正、验证和确定 蝶阀的三偏心参数提供设计依据。以便蝶阀最终获 得良好的密封条件。 良好的密封条件在密封时会产生良好的挤压 带 , 它的干涉体应符合以下几个条件。 (1) 干涉体是连续不间断的圆环。 (2) 干涉体圆环的宽度一致且无缺口 , 并符合 图样设定的宽度要求。 (3) 干涉体圆环截面的各点宽度 (即挤压量) 基本一致 , 其最大值和最小值之差为 0103~0105 mm (视规格而定) 。 (4) 干涉体截面各点挤压的增量与蝶板过关闭 度数的增量基本成正比 (只有如此 , 密封面的磨损 才能得到有效自我补偿) 。 (5) 开启蝶阀 , 顺时针旋转蝶板 011°时 , 阀 体蝶板密封面就脱离接触 , 检测不出干涉。 2  干涉体的创建和分析 211  设定密封副 三偏心蝶阀密封副是一对偏心锥面。图 1 是圆 锥角度为 2θ、圆锥高度为 av 的正圆锥曲面 atf 。当 蝶板回转轴线与阀体通道轴线呈β偏角时 (取β= θ) , 将曲面绕 a 点逆时针旋转β角 , 使圆锥母线 af 与 X轴平行。 在 af 线段上截 ab = H , 取两个相距 L ( L 为 阀体密封面宽度) 且平行于 Y 轴的平面过正圆锥 母线 b 点切割正圆锥曲面 , 分别交 af 母线于 c、b 点 , 交 at 母线于 m、n 点 , 得 cbnm 圆锥曲面环 , 此即为阀体锥形密封面。线段 nb 为阀体锥形密封 面小端的椭圆截面长轴 A。绕长轴 A 将截面旋转 90°, 可看到椭圆短轴 B 垂直于长轴 A 并与长轴 A 相交于椭圆族中轴线 g 点。 过 d 点按设定尺寸取 db 作 nb 平行线交于中轴 线于h点得阀体垂直中心线hd 。过蝶板旋转中心 —1—2006 年第 5 期                  阀    门                      图 1  正圆锥圆曲面 o 点 (阀杆中心点) , 取 ho 等于径向偏心距 e , 作 af 平行线得阀杆水平中心线。 经推算 , 当θ=β时 , 可以得出各相关参数。 K = B / tg2θ cos2θ 式中  B ———阀体锥形密封面小端截面椭圆短轴 , 按蝶阀阀座最小直径取值 , mm K ———圆锥高度 , mm A ———阀体锥形密封面小端截面椭圆长轴 , mm  A = Bcosθ/ cos2θ    H ———圆锥顶点至阀体密封环外截面距离 , mm  H = Kcosθ 取θ=β= 9°, 则 A = 11013 ×B , K = 31156 × B , α= 01228°。 212  创建密封副刚体 取 PN = 215 MPa , DN = 800 mm 的三偏心蝶 阀为分析样本。令阀体椭圆密封面小端短轴 B = 770 mm , 阀座密封面宽度 L = 36 mm , 蝶板密封 面宽度为 h = 13 mm。 取轴向偏心 b = 62 mm , 径向偏心 e = 12 mm , 圆锥半角θ与轴偏角β均为 9°。 按上述条件绘出密封副简易刚体示意图 2。 图 2  密封副刚体 (DN800 mm) 213  创建干涉体 将阀体蝶板置于白色图层 , 新建干涉体红色图 层。以 Q 点为圆心逆时旋转蝶板 0101°, 启动 Auto CAD干涉工具 , 检测出刚体之间有干涉 , 创建出环 形干涉体 (红色) 。向下移动 UCS原点至蝶板中线 , 取环形干涉体中性截面 , 旋转 90°(图 3) , 其中椭 圆截面短轴与阀杆同方向。向左移动 UCS原点至阀 体中心 , 分别过原点作 X轴、Y轴与截面周边相交 , 此时可分别测出上下左右四点位的宽度 (挤压量) 。 此挤压量即为金属密封面挤压的深度。 图 3  环形干涉体中性截面 依次递增蝶板逆时针旋转的角度 , 得出数组相 对应的干涉体中性截面上下左右各点挤压量 (表 1) 。在零点位和开启各个位置均未检测到干涉。 表 1  中性截面挤压 mm 旋转度数 0101° 0102° 011° 上μm 013337 01674 3137 下μm 01337 01674 3137 左μm 101827 211665 108179 右μm 121147 241308 122111 214  阀体密封面必需的挤压量 阀体密封面选用 D507 焊条堆焊 , 密封面宽度 为 1215 mm。由虎克定律ε=σ/ E , 转换得 Δl = pl/ EA 。取不锈钢弹性模量 E = 2106 ×105 MPa , P/ A = qM F , 按文献 〔2〕, 合金钢密封面阀门的密 封比压 qM F = 19 MPa。阀体壁厚取 lmax = 22 mm , 计算得Δl = 01002 mm。说明密封面在正确配合 下 , 压缩 01002 mm , 即可符合密封条件。而实际 加工所产生的形位误差造成的间隙远较大。在阀门 关闭过程只有在运动中先压缩局部密封面 , 消除加 工间隙 , 以及加工过程由粗糙度产生的单峰高度才 能进入密封压缩 , 得到必需比压。实际关闭过程 , 估计密封面受到 0101~0103 mm 的压缩 , 或更大 , 视加工精度及工作压力而定。 —2—                    阀    门                2006 年第 5 期 215  干涉体分析 (1) 蝶阀在开启过程没有出现任何干涉。 (2) 干涉体环形带是连续不间断的 , 宽度与蝶 板密封面一致且无缺口。 (3) 蝶板过关闭 0101°时虽然干涉体中性截面 各点挤压量差值在 01013 mm 以内 , 但密封面尚未 得到必须比压 , 不能形成有效密封条件。 蝶板过关闭 0102°时 , 干涉体中性截面左右两 点及其周边金属得到了充分挤压 , 但上下两点的挤 压量一直停留在 01000 7 mm 的水平 , 于是依赖多 层次密封圈中的聚四氟乙烯、石墨材料等软性材 料 , 在受挤压后填满其周边部位至整圈挤压带中所 有的微量间隙 (中性截面前后点还有 01005 mm 的 差值) , 并和不锈钢片组合成复合密封材料创建了 迷宫式的密封条件。对于新的富有弹性的软性材料 还会在挤压过程深入阀体密封面的显微孔隙 , 达到 短暂的气密级密封。 蝶板过关闭 011°时 , 干涉体中性截面左右两 点和上下两点的挤压量不同 , 差值达 0112 mm。 这意味着蝶阀在反复启闭过程 , 密封面左右两点及 其周边部位虽然由于挤压甚至过量挤压导致金属疲 劳而磨损较快 , 但可以运用过关闭维持挤压量。而 密封面上下两点及其周边部位虽由于磨擦或微量挤 压磨损较慢 , 但挤压量却得不到有效的自我补偿。 分析可知三偏心多层次蝶板密封圈的密封性能 优于双偏心蝶阀 , 能够满足中低压蝶阀的密封要 求。但是多层次密封圈的结构不具备单一金属的刚 度和耐磨性 , 以及其密封面截面周边挤压量差值的 增量随过关闭度数的增量而快速增长的特点 , 使其 在高压密封性能上面临挑战。当蝶阀为达到高压密 封加大过闭度数时 , 会出现多层次密封圈金属片左 右区域因挤压过量而逆向弯曲变形 , 其轴向反弹力 使多层次密封圈的固紧螺栓因被拉长而松动。在开 启蝶阀时 , 其径向反弹力会沿阀座的径向方向胀开 , 使阀杆额外增加力矩 , 甚至会因胀力而打不开。 3  干涉体的缺陷和消除 三偏心参数如选择不当 , 不但会影响挤压带的 完整性 , 破坏蝶阀的密封条件 , 还会给蝶阀的开启 设置障碍。运用干涉工具检测 , 关闭时会观察到干 涉体上有缺口出现 , 开启时会出现干涉区域。 311  创建密封副刚体 取 PN215 MPa , DN200 mm 的三偏心蝶阀为 分析样本 , 令阀体椭圆密封面短轴 B = 185 mm , 阀座密封面宽度为 12 mm , 蝶板密封面宽度为 8 mm。取轴向偏心 b = 22 mm , 径向偏心 e = 6 mm , 圆锥半角θ与轴偏角β均为 9°, 绘出密封副简易刚 体如图 4。 图 4  密封副刚体 (DN200 mm) 312  检测干涉体缺陷 (1) 蝶板过关闭 011°时 , 可检测到干涉体有 缺口 , 说明密封带局部没有连续 (图 5) 。 图 5  干涉体的缺口 (2) 蝶板逆时针开启 011°时 , 可在阀杆方向 右侧检测到上下两块干涉区 (图 6) 。这对干涉区 会随蝶阀开度逐渐缩小 , 但一直可延续到开启度 18°时还有痕迹。它的存在使密封面在蝶板开启过 程一直处于摩擦和磨损中 , 并会进一步扩大过关闭 时出现的缺口。 图 6  干涉体的干涉区域 313  修正 修正蝶阀的三偏心参数 , 可以消除干涉体上出 现的缺陷 , 获得良好的密封条件。如扩大径向偏心 e 和θ圆锥半角的取值 , 以及减小轴向偏心 b 的取 值都可以消除缺陷 (表 2) , 其中增大θ角度的效 果最佳。但是径向偏心 e 的扩大受到阀体模具和毛 坯的限制 , 轴向偏心 b 的缩小又受到阀杆直径和 蝶板装配尺寸的约束。而θ圆锥半角的改变则缩 小了通用工装的适用范围。当小口径阀体取θ= —3—2006 年第 5 期                  阀    门                      12°时 , 还有可能使 P 值 (图 4) 偏小甚至消失 , 影响到阀体密封面的堆焊和加工 , 而不得不扩大阀 体的阀前通道直径。尤其需要注意的是扩大径向偏 心 e 和θ圆锥半角的取值都会使密封力矩增大。 表 2  三偏心参数组合性能 取值 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 e mm b mm θ mm 过关闭 011° 顺时针开启011° 0 6 22 9° 见图 5 干涉 Ⅰ 12 不变 不变 合格 干涉 Ⅱ 不变 - 4 不变 合格 干涉 Ⅲ 不变 不变 10° 合格 不干涉 Ⅳ 7 21 19° 合格 不干涉   因此按第 Ⅳ取值方案的思路 , 对三偏心参数综 合平衡修正 , 也应是一种不错的选择。但无论怎样 改变三偏心参数 , 都不能克服三偏心蝶阀的三点弱 项。①不是全通径 , 流阻系数大。②密封面受不等 量磨损后 , 自我补偿功能是有限度的和局部的。③ 耐高压性能不能持久。 4  密封面形式的改变 如果选择球形密封面可以改善蝶阀性能。 图 7 中阀座和弓形蝶板的密封面为球形。阀门 口径为 40 mm , 球面半径为 33 mm , 密封面宽度 为 3 mm。取径向偏心 e = 2 mm , 轴向偏心 b = 25 mm。开启阀门 , 顺时针旋转蝶板 , 没有出现干 涉。关闭阀门 , 依次逆时针旋转蝶板 - 015°、 - 1°、 - 4°, 分别创建干涉体 , 观察可见干涉体环形 带连续不间断且无缺口。 图 7  球形密封副 将 UCS 原点和 Y轴向右移动 25 mm , 沿 Y轴 取干涉体中性截面 , 并绕 Y轴旋转 90°。测量截面 上下左右四点挤压量 , 即金属挤压深度 (表 3) 。 表 3  中性截面挤压量 mm 度数 上 下 左 右 - 015° 010202 010202 010203 010203 - 110° 010401 010401 010406 010406 - 410° 011560 011560 011606 011606   从表 3 中可以看到 , 球形密封面中性截面周边 挤压量差值不超过 0101 mm , 显然 , 在密封面磨 损后 , 挤压量能持续均匀有效地得到补充。如果将 阀杆分为上下两段 , 这种双偏心球面密封蝶阀也可 以称作为全通径的单偏心半球阀 (图 8) 。这种结 构既保持了三偏心蝶阀启闭快捷轻巧的特点 , 又以 全通径流阻小、适用的工作压力温度高、密封面均 匀磨损后可得到自我补偿等优点超越了三偏心多层 次金属硬密封蝶阀结构。当然其结构偏长、球形密 封面不宜加工等弱点也是显见的。 图 8  双偏心球面密封蝶阀 5  结语 (1) 运用 AutoCAD 绘图软件检测密封副干涉 , 快速便捷 , 直观精度高 , 可以为修正、验证和确定 蝶阀的三偏心参数提供设计依据。 (2) 扩大径向偏心 e 值和圆锥半角θ值 , 或减 小轴向偏心 b 值可以消除密封面上金属挤压带干 涉体的缺陷 , 创建良好的密封条件。 (3) 三偏心多层次金属硬密封蝶阀的产品优势 显赫 , 其结构弱点也是现实的。密封面磨损后 , 自 我补偿功能是有限的和局部的 , 如不在工艺上采取 特殊手段 , 其承受高压的能力是有限度的。 (4) 采用双偏心全金属球形密封面结构可以改 善和克服三偏心多层次金属硬密封蝶阀密封结构形 成的弱点。 参 考 文 献 〔1〕 梁瑞 , 等. 三偏心蝶阀金属密封副干涉三维分析. 〔J〕流体 机械 , 2003 (8) , 18 - 20. 〔2〕 杨源泉. 阀门设计手册 〔M〕. 北京 : 机械工业出版社 , 1992. (收稿日期 : 2006108107) —4—                    阀    门                2006 年第 5 期
本文档为【金属硬密封蝶阀密封副干涉的分析】,请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑, 图片更改请在作品中右键图片并更换,文字修改请直接点击文字进行修改,也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享,如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服,我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生,若发现您的权利被侵害,请联系客服邮件isharekefu@iask.cn,我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
下载需要: 免费 已有0 人下载
最新资料
资料动态
专题动态
is_489107
暂无简介~
格式:pdf
大小:199KB
软件:PDF阅读器
页数:4
分类:生产制造
上传时间:2010-01-09
浏览量:38