三偏心蝶阀蝶板密封面的摩擦力矩分析.pdf

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
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
三个偏心值之间的关系,对蝶阀驱动力矩的选取和结构的优化有着重大的意义
关键词三偏心蝶阀蝶板密封囿摩擦力矩
偏心蝶阀作为调节流暈、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
具有启闭力短小、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y。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M(方
1三偏心蝶
向垂直于密封面且为均布的空间力系);摩擦力八
1三偏心蝶阀结枃
(方向沿密封表面并且阻止蝶板运动的空间力系、f
偏心蝶漍的结构见图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
Y开启
面上的单位正压力N满足蝶阀的必需密封比压即可
此付:
N
介质流向
共中,9m=m、ど?式中P为计算压力(MPa):m
为比例系数,对于常温液体m=1;a、c其选值与密
封副材料有关,考虑介质力对比压值的影响因数
碟板座阀体阀轴
b为密封副接触宽度(mm)
如图2所示,以阀杆轴线为界,蝶板上下两部
图1三偏心蝶阀结枃简图
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0,1]和a,可。
偏心蝶阀主要是由蝶板、阀座、阀体、阀轴其中角度1为:
四部分组成,其三个偏心是蝶板的回转中心桶对于
tan 0,
2)
沈阳市科学计划基金资助项目
B.1
编号:F10-205-1-56
即61= arc tan Ta2-E
孟艳茹三偏心蝶阀蝶板密封面的摩擦力矩分析
0, MI=VI0, K+(Psin p2
Sin1、Iの1MHI
√h2+101MP2
h
COSC1ニ
Nh2+01M12
(8)
COS
LOMI
(1)摩擦力分力 fqm cos a1引起的蝶板上部分
图2蝶板截面示意图
即[0,J的摩擦力矩(逆时针):
2蝶板密封面的擦力矩计算
M1=2JAJ fqm cos anlp cosb-(c-e)]pdbd
2.1蝶板在关闭或开启瞬间时
(10)
如图3所示,O1点为圆锥顶点在蝶板任意椭圆
(2)摩擦力分为 fam cos c1引起的蝶板下部分
面上的投影,ん为圆锥的高,交Y轴于01点。K点即a1,的摩擦力矩(逆时针)
为蝶板任意椭圆面上一点M在Y轴的投影,角为
过蝶板任意椭圆面上一点M的圆锥母线与圆锥的
Jo, Jo fqm cos ai[(c-e)-p cos B]pdbdr
高h的夹角,角c为O1M与Y轴的夹角,当蝶板在
关闭瞬间,蝶板密封面上摩擦力的方向为逆时针,
(3)将摩擦力由の1点向椭圆周辐射方向的分
摩擦力的大小为:
力 fqm sin a1分解,其中只有平行于Y轴方向的分
F=FN=fe
4)力 f@m sin a1cosc相对于阀杆有力矩,故摩擦力分
式中m为蝶阀必需密封比压(MPa):f为摩擦因数,カ fam sin a1cosa引起的蝶板上部分即[0,B1]的
f=0.3。
摩擦力矩(逆时针):
cー+R) pd Bdr
(4)摩擦力分力 fam sin a1cosα引起的蝶板下
部分即[a1,]的摩擦力矩(顺时针):
T AE
fqm sin a1 cos a(c-5+Rpdbd
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
MF =M1+M2+M3-M4
式中:m为蝶阀必需密封比压(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(mm);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);6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);y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);B
h-Ro cos(0+
(5)
为沿蝶板厚度任意椭圆截面的短半轴(mm):p为
R
in 0
沿蝶板厚度任意椭圆极坐标的极半径(mm);β为
01M1I=tan(+p
沿蝶板厚度任意椭圆极坐标的极极角(deg)。
LO1KI=PCOSB+(A-C)-(2A-I01M11) (6)
蝶板的摩擦力矩在开启瞬间的情况与关闭瞬间
p COS8-A-C+ han(+@
的情况相似,相应摩擦力矩分力大小相同,方向相
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