三偏心蝶阀蝶板密封面的摩擦力矩分析

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1、精密制造与自动化2016年第1期三偏心蝶阀蝶板密封面的摩擦力矩分析水孟艳茹(内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司内蒙古赤峰025350)摘要阀门类设备如三偏心蝶阀起着调节流量等作用，在煤制天然气行业广泛应用，因此对阀门设备的研究分析具有重要意义。在蝶阀的蝶板关闭或开启瞬间情况下，对蝶板密封面进行力学分析，利用椭圆微分方程和数值计算方法，在考虑蝶板厚度的情况下，推导出三偏心蝶板密封面的摩擦力矩的计算公式，并分析其与三偏心蝶阀三个偏心值之问的关系，对蝶阀驱动力矩的选取和结构的优化有着重大的意义。关键词三

2、偏心蝶阀蝶板密封面摩擦力矩三偏心蝶阀作为调节流量、截止流体等作用，蝶板中心存在轴向偏心距c；蝶板的回转中心相对具有启闭力矩小、密封性能好、抗磨损等优点，广于蝶板中心存在径向偏心距e；蝶板锥面轴线与阀泛应用于煤气化工等行业。然而，现阶段对三偏体通道轴线成一个角偏心。三偏心蝶阀的结构特心蝶阀的力学特性研究不足，三偏心蝶阀的实际运点是在双偏心蝶阀的基础上再增加一个倾角，经过行状况不理想。三偏心蝶阀的密封面位于斜圆锥优化设计可以使密封副的摩擦力进一步下降，采用表面，阀座和密封圈的正截面均为椭圆，这正是其面密封的结构

3、使接触应力分布均匀、密封更加可靠。设计和制造的难点及关键，也是目前不能准确计算1．2蝶板密封面的受力分析摩擦力矩的原因所在。三偏心蝶阀的蝶板在关闭或开启瞬间，其中密封面的作用力包括：密封面上的单位正压力N(方1三偏心蝶阀向垂直于密封面且为均布的空问力系)；摩擦力1．1三偏心蝶阎结构(方向沿密封表面并且阻止蝶板运动的空间力系、厂三偏心蝶阀的结构见图1所示。为密封副的摩擦因数)。假设介质压力完全作用在阀杆上，蝶板不发生变形，当蝶板在关闭或开启瞬间，若要保证阀门能完全密封，无泄漏，只需要求密封面上的单位正压力Ⅳ满

4、足蝶阀的必需密封比压即可，此时：N=q(1)其中，q=m，式中P为计算压力(MPa)：m为比例系数，对于常温液体m=l；a、c其选值与密封副材料有关，考虑介质压力对比压值的影响因数；6为密封副接触宽度(mrn)。如图2所示，以阀杆轴线为界，蝶板I二下两部图1三偏心蝶阀结构简图分的运动方向相反，故摩擦力的方向相反，蝶板密封面椭圆相应地分为两个区间为【0，01】和[1，n】。三偏心蝶阀主要是由蝶板、阀座、阀体、阀轴其中角度臼为：厂—四部分组成，其三个偏心是蝶板的回转中心相对于tan=沈阳市科学计划基金资助项目日

5、编号：F10．205．1—56即01=arctan(3)12孟艳茹三偏心蝶阀蝶板密封面的摩擦力矩分析f101MI=√lD1I+(JDsinf1)。、If够simn，1：I~l--I(7)c。s1丽h(8)．≮≮⋯一＼{t。x一COSaI=丽IO~K[(9){(1)摩擦力分力厂qmCOS1引起的蝶板上部分图2蝶板截面示意图即【o，01】的摩擦力矩(逆时针)：M1=2厂qmcosal[pcosfl一(c—P)]pdfld2蝶板密封面的摩擦力矩计算12．1蝶板在关闭或开启瞬间时(10)如图3所示，0点为圆锥顶点在

6、蝶板任意椭圆(2)摩擦力分为fqCOS1引起的蝶板下部分面上的投影，h为圆锥的高，交y轴于0，点。点即【1，Ⅱ】的摩擦力矩(逆时针)：为蝶板任意椭圆面上一点在y轴的投影，角为M2=2fqmCOS1【(c—e)一Pcosf1]pdfldR过蝶板任意椭圆面上一点的圆锥母线与圆锥的高h的夹角，角为0M与y轴的夹角，当蝶板在(11)关闭瞬间，蝶板密封面上摩擦力的方向为逆时针，(3)将摩擦力由0点向椭圆周辐射方向的分摩擦力的大小为：力fqmsin1分解，其中只有平行于Y轴方向的分F=flq=fqm(4)力fqmsin

7、1COS相对于阀杆有力矩，故摩擦力分式中qm为蝶阀必需密封比压(MPa)；厂为摩擦因数，．力厂qmsin1COS引起的蝶板上部分即l0，01I的厂=0．3。摩擦力矩(逆时针)：=2厂qsinc。s(c-~+R)pdfldR(12)(4)摩擦力分力fqsin1COS引起的蝶板下部分即10】，l的摩擦力矩(顺时针)：rt．e／E、=2Jfffqmsin1COS【c一+尺Jpdfld01J0、(13)则由上式可求得摩擦力矩(逆时针)：图3碟板关闭时摩擦力分解示意图=M1+M2+M3一M4(14)式中：qm为蝶阀必

8、需密封比压(MPa)；E为蝶板厚首先将蝶板密封面摩擦力进行分解，对于阀杆度(ram)；C为三偏心蝶阀轴向偏心距(mm)；e有力矩作用的分力，分别求出摩擦力矩，最后将各为三偏心蝶阀径向偏心距(mm)；臼为蝶板所在圆分摩擦力矩合并为总的摩擦力矩。设摩擦力矩逆时锥的半锥角(deg)；为三偏心蝶阀的偏心角(deg)；针为正，顺时针为负。可以求得以下参数：A为沿蝶板厚度任意椭圆截面的长半轴(mm)；Bh：—Rocos(0+