三偏心蝶閥摩擦力矩分析

2009-08-15 俞樹榮蘭州理工大學(xué)

1、前言

　　三偏心蝶閥是在雙偏心蝶閥的基礎(chǔ)上,使蝶板的中心偏置一定的角度,形成三偏心密封結(jié)構(gòu),從而消除了蝶閥啟閉時(shí)兩密封面之間的機(jī)械磨損和擦傷,減小了驅(qū)動(dòng)力矩。密封面位于斜圓錐表面,閥座和密封圈的正截面均為橢圓,這正是其設(shè)計(jì)和制造的難點(diǎn)及關(guān)鍵,也是目前不能準(zhǔn)確計(jì)算摩擦力矩的原因所在^[1]。

2、三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)分析

　　蝶閥的三偏心結(jié)構(gòu)(圖1)是在雙偏心蝶閥的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)傾角, 經(jīng)過最優(yōu)化設(shè)計(jì)使密封副的摩擦力進(jìn)一步下降, 由于采用面密封的結(jié)構(gòu)使接觸應(yīng)力分布均勻、密封更加可靠。三偏心蝶閥的第一個(gè)偏心是指蝶板的回轉(zhuǎn)中心L 相對(duì)于蝶板中心在軸向存在偏心距c,第二個(gè)偏心是指蝶板的回轉(zhuǎn)中心L 相對(duì)于蝶板中心在徑向存在偏心距e,第三個(gè)偏心是指閥座所在圓錐形的高線與閥體通道軸線有一個(gè)夾角φ,即角偏心^[2、3] 。

圖1　三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)示意圖

　　對(duì)于三偏心結(jié)構(gòu)的蝶閥, 由于軸向偏心距c的存在,保證了蝶閥密封面是一個(gè)完整連續(xù)的錐面,并且該密封面的幾何中心容易確定,降低了密封面加工制造的難度。若密封面為正圓錐面, 則由于蝶板密封面的回轉(zhuǎn)半徑大于閥座密封面相應(yīng)部位的半徑,從而在關(guān)閉時(shí)蝶板密封表面不能進(jìn)入閥座,即產(chǎn)生“干涉”現(xiàn)象,而采用偏心角為φ的錐面即所謂圓錐斜切可以解決這個(gè)問題。其密封面為斜置錐形,蝶板與閥座的密封接觸為面接觸,依靠密封面與閥座的充分接觸來達(dá)到密封效果^[4、5] 。

　　從圖1得蝶板中性面橢圓的長(zhǎng)半軸A 和短半軸B 分別為:

式中A ———中性面橢圓長(zhǎng)半軸, mm

　　B ———中性面橢圓短半軸, mm

　　R0 ———密封圓錐底半徑, mm

　　E———蝶板厚度, mm

　　θ———密封圓錐半錐角, °

　　φ———角偏心, °

3、靜力分析

　　當(dāng)?shù)逄幱谂R界狀態(tài)(即蝶板在關(guān)閉的瞬間)時(shí),其上的作用力包括:密封面上的單位正壓力N (方向垂直于密封面且為均布的空間力系)和摩擦力fN (方向沿密封表面并且阻止蝶板運(yùn)動(dòng)的空間力系)以及介質(zhì)對(duì)蝶板的壓力p (方向取決與介質(zhì)流向) 。而摩擦力fN 與摩擦系數(shù)f有關(guān),摩擦系數(shù)f與密封副材料、加工方法、表面光潔度和硬度、潤(rùn)滑狀態(tài)及溫度等因素有關(guān),可以通過試驗(yàn)測(cè)試來確定其準(zhǔn)確數(shù)值^[6] 。