三偏心金属密封蝶阀自补偿阀座密封机理研究_冯玉林.pdf

o 三偏心金属密封蝶阀自补偿阀座密封机理研究冯玉林，明 友，余中华，李春阳，张建斌，王 洋，（合肥通用机械研究院有限公司，安徽 合肥；合肥通用机电产品检测院有限公司，安徽 合肥；安徽大众阀门有限公司，安徽 合肥）摘 要：针对三偏心金属密封蝶阀的密封面容易磨损泄漏问题，提出一种利用弹簧等蓄能零件进行自补偿的密封结构，通过严苛程序的试验验证，试验结果良好，证明了密封结构的有效性和可靠性。关键词：三偏心蝶阀；自补偿阀座；密封结构；试验验证中图分类号：文献标志码：文章编号：（）o o o o Y，Y，Y g，g，Yg，（o，；o o o，；o o，）：o o o o ，o o oo o o o o，oo，o o ：；oo；o收稿日期：基金项目：国家重点研发计划项目（）作者简介：冯玉林（），男，江苏徐州人，高级工程师，本科，主要从事阀门产品检测、产品认证及相关技术研究工作。引言蝶阀具有体积小，质量轻，流阻小，启闭迅速等优点。与其他结构型式的阀门相比，蝶阀的调节特性比较优良，在阀门全开位置，蝶板与介质流动方向一致，容易引起流体振动和气蚀。因此，被广泛应用于众多领域。城市供水管网、消防管道，由于介质压力不高，一般用中线对称的软密封蝶阀，其结构简单，价格也便宜；中压、高压工作介质，大尺寸管道用蝶阀，由于其操作力矩比较大，一般采用双偏心或者三偏心蝶阀。阀门应用环境的腐蚀，适用介质对密封面有磨损和冲蚀作用，特别是含颗粒物介质，都是操作密封失效的原因。根据文献的要求，压力管道用蝶阀，要满足最大允许工作压差下的 次启闭动作试验，作者长期的检验工作总结发现，由于技术水平和加工精度的影响，三偏心金属密封蝶阀在全压差下开启的操作力矩很大，另外一方面，启闭后的密封效果不好，个别蝶阀甚至不能完成一次完整的启闭动作。王宝森分析了腐蚀环境下的蝶阀开启困难原因和维修保养方法。何世全等利用二维和三维制图的方法，分析了三偏心蝶阀密封尺寸干涉问题，并设计了判断干涉的运行程序。李洪武等提出了一种浮动阀座密封结构的蝶阀，通过调节阀座压圈来改变密封面位置，满足较高压力下的正反向密封要求。从以上可以看出，国内的学者和制造企业长期致力于解决偏心蝶阀的密封问题，优化加工尺寸、采用新材料、应用新概念结构，是解决这个问题的有效方法。受文献的思路启发，提出了一种改进型的密封结构，通过对新结构蝶阀的严苛试验，验证了新结构的可行性。结构与密封机理蝶阀的主要部件有：阀体、阀杆、蝶板、阀座、密封元件、填料、驱动机构等。典型蝶阀结构示意图见图。液压气动与密封年第期 图 蝶阀典型结构示意图常规的密封结构见图，密封原理为：在阀体上堆焊合金材料作为阀座，蝶板加工成带台阶的形式，利用压圈将不锈钢金属和柔性石墨的多层次的间隔夹层固定在蝶板上，与阀座上的堆焊合金形成密封副。这种结构的阀座是固定的，蝶板上的多层次密封圈也是固定的，制造时的加工精度就决定了使用性能，在完整的寿命周期内，密封副的相对位置基本没有办法调整。蝶板 压圈 多层次密封 硬质合金 阀体图 常规密封结构三偏心金属密封蝶阀的反向密封通常效果不佳，工程上也是按介质的流向安装使用。为了实现三偏心蝶阀双向密封的功能，我们提出了一种自补偿阀座的结构（图）。压板 阀座 螺钉 阀体 形圈 蝶板 弹簧图 自补偿阀座的结构示意图作用原理为：阀门承载正向载荷时，阀座被紧固螺钉固定在阀体上，介质作用在阀座上的力，不足以推开阀座，此时的密封比压大于必须比压，蝶阀满足密封要求；当阀门承载反向载荷时，作用于蝶板上介质力，会使蝶板向脱离阀座的方向移动，这时我们考虑在阀座和阀体之间，设计了弹簧或碟簧进行位移调整补偿，阀座在介质力的作用下，也会向蝶板运动的相同方向移动，介质力给密封副提供了密封比压，保持了阀门的密封性能，消除了可能由于零件之间的位移间隙而产生的密封失效，实现了三偏心蝶阀双向密封的功能。为了避免在长期使用中，弹簧很容易出现蠕变疲劳，避免弹簧腔内堆积的杂质，影响阀门密封性能。我们在阀体和阀座相配合的台阶之间设置有 形圈。一旦蝶阀的密封副发生磨损，通过弹簧的蓄能，可以及时提供密封力，实现对密封副的磨损补偿，保证密封效果，在不方便更换或维修时解决内漏问题。试验验证根据行业标准 金属密封蝶阀和 工业阀门 压力试验，利用阀门压力试验机，对型号为 的样机，进行了壳体试验、液体密封试验、气体密封试验、带压启闭操作试验、空载启闭操作试验。为验证新结构的密封效果，补充进行了反向密封试验。测试结果见表。表 压力试验及操作性能项目技术要求结果结论壳体试验试验压力 ，持续时间，应无可见渗漏，无结构损伤。无可见渗漏，无结构损伤合格液体密封试验试验压力 ，持续时间，泄漏量应 滴。双向泄漏量均为 滴。合格气体密封试验试验压力 ，持续时间，泄漏量应 气泡。双向泄漏量均为 气泡。合格带压启闭操作试验在 压力 压差下，全行程操作阀门 次，阀门应运行平稳、无卡阻和异响。阀门运行平稳、无卡阻和异响。合格空载启闭操作试验利用阀门驱动装置，全行程操作阀门 次，阀门应启闭正常。阀门应启闭正常合格为验证阀门使用寿命和密封副磨损后的阀座自补偿功能，利用阀门寿命试验机，根据 蝶阀 静压寿命试验规程，测试阀门在不同压差下的启闭循环后的阀门的工作状态，为缩短试验周期，每个工况进行 次的启闭操作。测试结果见表。o表 蝶阀寿命试验试验压力 启闭次数结果结论 次目视零部件无明显磨损，密封面泄漏量双向均为 滴。合格 次目视零部件无明显磨损，密封面泄漏量双向均为 滴。合格 次目视零部件无明显磨损，密封面泄漏量双向均为 滴。合格 次目视零部件无明显磨损，密封面泄漏量双向均为 滴。合格 次目视零部件无明显磨损，密封面泄漏量双向均为 滴。合格 注：试验温度是常温，试验介质为水。寿命试验结束后，将试验盲板拆除后进行最终检查时发现：阀门上阀杆附近的密封副有少许磨损痕迹；利用内六角扳手调紧阀座固定螺钉时，靠近阀门颈部一端的螺钉有些许松动，与密封面磨损位置基本一致。结语（）通过改良三偏心蝶阀的阀座结构，利用弹簧等蓄能零件，为密封副提供满足密封要求的推力，在增加极少的工作量和制造成本情况下，从理论角度提高了蝶阀的使用可靠性和性价比。（）利用专业试验设备对改良后的金属密封蝶阀，进行密封性能和使用寿命的测试，验证了自补偿阀座结构金属密封蝶阀，正反两个方向都具有良好的操作性能、密封性和使用性。参考文献 张清双，吴斌彬，茅岭峰 高温高压四偏心蝶阀设计及零件强度计算 阀门，（）：，压力管道元件型式试验规则王宝森 蜗轮蜗杆传动蝶阀开闭困难的检修方法研究 生产质量，（）：何世全，明友 三偏心金属蝶阀的干涉分析 流体机械，（）：李洪武 浮动式双向金属密封蝶阀的设计 阀门，（）：，金属密封蝶阀 ，工业阀门 压力试验 ，蝶阀静压寿命试验规程陆培文 实用阀门设计手册 北京：机械工业出版社，引用本文：冯玉林，明友，余中华，等 三偏心金属密封蝶阀自补偿阀座密封机理研究 液压气动与密封，（）：，o，o，o o o o ，（）：（上接第 页）（）当负载为（砝码）时，伸出状态下全行程时间最大值为 ，缩回状态下全行程时间最大值为 。（）当负载为（砝码）时，伸出状态下全行程时间最大值为 ，缩回状态下全行程时间最大值为 。参考文献 王庆云 操纵装置对潜艇操纵性能的影响研究 哈尔滨：哈尔滨工程大学，宋杨，王桂波，苏强 潜艇噪声控制与利用新兴技术研究 湛江：中国声学学会水声学分会 年全国水声学学术会议，丁虎，赵丹，刘少刚，等 钛合金通海阀不同开度下的流噪声分析及优化 海军工程大学学报，（）：林锐，李玮，陈涛 船舶压载水系统阀门驱动装置的现状 流体传动与控制，（）：潘方冬 微型电液驱动通海阀及其分布控制系统研究 哈尔滨：哈尔滨工程大学，李明 液动阀门电液控制系统的分析与研究 阀门，（）：王晓艳 履带起重机起升机构闭式液压控制系统研究 大连：大连理工大学，孙东宁，刘会祥，冯伟，等 一种低噪声集成式伺服电机螺杆泵的试验研究 甘肃科学学报，（）：徐文才，郭庆，朱政，等 一种舰船型电动执行机构研制 通用机械，（）：引用本文：蔡存坤，韩旭，孟淑平，等 高集成阀门电液驱动装置的研制 液压气动与密封，（）：，o o o ，（）：，