一种新型金属硬密封蝶阀的设计

一种新型金属硬密封蝶阀的设计3

王翼清

(天津国际机械有限公司,天津　300300)

摘要:针对金属硬密封蝶阀的双向密封问题,基于液压元件设计中的油缸活塞原理,设计了一种在动水作用下带移动密封不锈钢圈的新型金属硬密封蝶阀。对基本结构进行了分析,确定了采用双偏心结构的设计;对正向承压比压、反向承压比压、金属密封圈的移动距离进行了计算,有效地解决了双偏心金属硬密封蝶阀的反向承压问题;对密封副材料选择进行了分析,有效地保证了密封效果和比压要求。

关键词:移动密封;硬密封;设计计算

中图分类号:TH138 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2009)10-0067-03

蝶阀以其结构简单、整体产品质量轻、占地面积小、操作简单和启闭迅速被广泛应用于中、低压管路中。随着国民经济的发展,以及工业技术革命的进步,对蝶阀的要求越来越高。适用于高压、高温、磨损及腐蚀工况下的金属硬密封蝶阀的发展迅速,市场需求逐年增大。文中介绍了为某城市管网供水所设计的一种新型的金属硬密封蝶阀。

1　密封副的设计

金属硬密封蝶阀的密封副结构是产品设计的关键。阀门关闭时,阀板密封面与弹性阀座相吻合,密封副在介质压力作用下产生微小的弹性变形,从而实现密封。所以对密封副的基本要求是:密封性能好、操作灵活和转矩小。

为满足对密封副的基本要求,所设计的蝶阀采用双偏心结构,如图1所示。结构特征为阀杆轴心既偏离蝶板中心、也偏离本体中心。双偏心的效果使阀门被开启后蝶板能迅速脱离阀座,大幅度消除蝶板与阀座的不必要的过度挤压、刮擦现象,减轻了开启阻矩,降低了磨损,提高了阀座寿命。刮擦的大幅度降低,使得双偏心蝶阀也可以采用金属阀座,扩大了蝶阀在高磨损介质领域的应用。但以往的金属硬密封蝶阀其密封原理属位置密封构造,即蝶板与阀座的密封面为线接触,通过蝶板挤压阀座所造成的弹性变形产生密封效果,故对关闭位置要求很高(特别是金属阀座),承压能力低,特别是阀门需双向承压时反向承压很难达到正向的承压要求[1]。

在设计中引入了液压设计的基本思想,将密封阀座设计成可在一定范围内在动水作用下移动的活塞式。正向时靠阀板与阀座的位置来保证密封;反向时,动水压力越大作用于密封阀座的力越大,阀座与阀板的压紧力就越大,密封性能就越好。其结构形式如图2所示。

从图2中可看出阀体上的密封圈是一个异型的不锈钢材质的活塞环,位于阀体的滑动槽内。当正向关闭时,不锈钢圈密封环由设计位置确定位于中位,阀板挤压不锈钢金属密封圈。同时不锈钢密封圈与阀体之间的高强度耐磨橡胶密封圈被挤压,在其弹性变形内即具有密封介质的作用,又有支撑不

[5]　魏延刚.轴毂过盈连接的应力分析和接触边缘效应[J].机械设

计,2004,21(1):36-39.

[6]　W ang Zhonghou,Fan Zeng,Q iu W ei.et al.The analysis of

stiffness for horizontal sp indle surface grinding machine based on

FEA[C]//Proceedings of2007International Sy mposium on

Advanced Mechanical and Power Engineering.Fukui,Japan:

University of Fukui,2007:174-179.

[7]　W ang Zhonghou,Haitao Huang,W ei Q iu.Finite element

analysis of the large2scale grinder bed hoisting

up[C]//Proceedings of First International Conference on

Modelling and Si mulation(Volume V).W uxi:Wold Academ ic

Union,2007:151-156.

H igh prec ision si m ula tive ana lysis on con ica l i n terference f it of bear i ng i nner r i ng of prec ision gr i nd i n g mach i ne

W ANG Zhong2hou,ZHO U He2qun,GAO Y uan

(School of M echanical Engineering,Shanghai University of Science and Engineering,Shanghai200093,China)

Abstract:U tilizing the3D soft ware Pro/E and its Pro/M ECHAN I CA module the p recise si mulative analysis was carried out in this paper on the connection of interference fit of bearing inner ring of high p recision grinding machine w ith the conical axle,and excep tional useful results of stress distribution and contact p ressure distribution were obtained.Because of the grid division adop ted the app roxi m ate regular hexahedron unit, the disp lacement function adop ted the as high as9th ordered polynom ial function the high p recision convergent result was obtained by means of self2adap ting convergent method.A t the same ti me,through the comparison on the calculation result using the app roxi mation for mula of junction surface p ressure it was verified that this method could not only ensure the high p recision of the si m ulative analysis of interference fit but could also investigate the p roblem of stress concentration effect in the edge part,therefore it is an effective method for si m ulation and analysis of interference fit.

Key words:p recision grinding machine;cone;interference fit;contact p ressure;Pro/M ECHAN I CA

Fig8Tab2Ref7“J ixie Sheji”8301

第26卷第10期2009年10月

机　械　设　计

JOURNAL OF MACH I NE DESIG N

Vol.26　No.10

Oct. 2009

3收稿日期:2009-06-18;修订日期:2009-07-24

作者简介:王翼清(1957-),男,天津人,高级工程师,工学学士,研究方向:流体传动及流体机械设计,发表论文3篇。