三偏心蝶閥蝶板密封面的摩擦力矩分析

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1、精密制造與自動化2016年第1期三偏心蝶閥蝶板密封面的摩擦力矩分析水孟艷茹(內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司內(nèi)蒙古赤峰025350)摘要閥門類設(shè)備如三偏心蝶閥起著調(diào)節(jié)流量等作用，在煤制天然氣行業(yè)廣泛應(yīng)用，因此對閥門設(shè)備的研究分析具有重要意義。在蝶閥的蝶板關(guān)閉或開啟瞬間情況下，對蝶板密封面進行力學(xué)分析，利用橢圓微分方程和數(shù)值計算方法，在考慮蝶板厚度的情況下，推導(dǎo)出三偏心蝶板密封面的摩擦力矩的計算公式，并分析其與三偏心蝶閥三個偏心值之問的關(guān)系，對蝶閥驅(qū)動力矩的選取和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化有著重大的意義。關(guān)鍵詞三

2、偏心蝶閥蝶板密封面摩擦力矩三偏心蝶閥作為調(diào)節(jié)流量、截止流體等作用，蝶板中心存在軸向偏心距c；蝶板的回轉(zhuǎn)中心相對具有啟閉力矩小、密封性能好、抗磨損等優(yōu)點，廣于蝶板中心存在徑向偏心距e；蝶板錐面軸線與閥泛應(yīng)用于煤氣化工等行業(yè)。然而，現(xiàn)階段對三偏體通道軸線成一個角偏心。三偏心蝶閥的結(jié)構(gòu)特心蝶閥的力學(xué)特性研究不足，三偏心蝶閥的實際運點是在雙偏心蝶閥的基礎(chǔ)上再增加一個傾角，經(jīng)過行狀況不理想。三偏心蝶閥的密封面位于斜圓錐優(yōu)化設(shè)計可以使密封副的摩擦力進一步下降，采用表面，閥座和密封圈的正截面均為橢圓，這正是其面密封的結(jié)構(gòu)

3、使接觸應(yīng)力分布均勻、密封更加可靠。設(shè)計和制造的難點及關(guān)鍵，也是目前不能準確計算1．2蝶板密封面的受力分析摩擦力矩的原因所在。三偏心蝶閥的蝶板在關(guān)閉或開啟瞬間，其中密封面的作用力包括：密封面上的單位正壓力N(方1三偏心蝶閥向垂直于密封面且為均布的空問力系)；摩擦力1．1三偏心蝶閻結(jié)構(gòu)(方向沿密封表面并且阻止蝶板運動的空間力系、廠三偏心蝶閥的結(jié)構(gòu)見圖1所示。為密封副的摩擦因數(shù))。假設(shè)介質(zhì)壓力完全作用在閥桿上，蝶板不發(fā)生變形，當(dāng)?shù)逶陉P(guān)閉或開啟瞬間，若要保證閥門能完全密封，無泄漏，只需要求密封面上的單位正壓力Ⅳ滿

4、足蝶閥的必需密封比壓即可，此時：N=q(1)其中，q=m，式中P為計算壓力(MPa)：m為比例系數(shù)，對于常溫液體m=l；a、c其選值與密封副材料有關(guān)，考慮介質(zhì)壓力對比壓值的影響因數(shù)；6為密封副接觸寬度(mrn)。如圖2所示，以閥桿軸線為界，蝶板I二下兩部圖1三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)簡圖分的運動方向相反，故摩擦力的方向相反，蝶板密封面橢圓相應(yīng)地分為兩個區(qū)間為【0，01】和[1，n】。三偏心蝶閥主要是由蝶板、閥座、閥體、閥軸其中角度臼為：廠—四部分組成，其三個偏心是蝶板的回轉(zhuǎn)中心相對于tan=沈陽市科學(xué)計劃基金資助項目日

5、編號：F10．205．1—56即01=arctan(3)12孟艷茹三偏心蝶閥蝶板密封面的摩擦力矩分析f101MI=√lD1I+(JDsinf1)。、If夠simn，1：I~l--I(7)c。s1麗h(8)．≮≮?一＼{t。x一COSaI=麗IO~K[(9){(1)摩擦力分力廠qmCOS1引起的蝶板上部分圖2蝶板截面示意圖即【o，01】的摩擦力矩(逆時針)：M1=2廠qmcosal[pcosfl一(c—P)]pdfld2蝶板密封面的摩擦力矩計算12．1蝶板在關(guān)閉或開啟瞬間時(10)如圖3所示，0點為圓錐頂點在

6、蝶板任意橢圓(2)摩擦力分為fqCOS1引起的蝶板下部分面上的投影，h為圓錐的高，交y軸于0，點。點即【1，Ⅱ】的摩擦力矩(逆時針)：為蝶板任意橢圓面上一點在y軸的投影，角為M2=2fqmCOS1【(c—e)一Pcosf1]pdfldR過蝶板任意橢圓面上一點的圓錐母線與圓錐的高h的夾角，角為0M與y軸的夾角，當(dāng)?shù)逶?11)關(guān)閉瞬間，蝶板密封面上摩擦力的方向為逆時針，(3)將摩擦力由0點向橢圓周輻射方向的分摩擦力的大小為：力fqmsin1分解，其中只有平行于Y軸方向的分F=flq=fqm(4)力fqmsin

7、1COS相對于閥桿有力矩，故摩擦力分式中qm為蝶閥必需密封比壓(MPa)；廠為摩擦因數(shù)，．力廠qmsin1COS引起的蝶板上部分即l0，01I的廠=0．3。摩擦力矩(逆時針)：=2廠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(順時針)：rt．e／E、=2Jfffqmsin1COS【c一+尺Jpdfld01J0、(13)則由上式可求得摩擦力矩(逆時針)：圖3碟板關(guān)閉時摩擦力分解示意圖=M1+M2+M3一M4(14)式中：qm為蝶閥必

8、需密封比壓(MPa)；E為蝶板厚首先將蝶板密封面摩擦力進行分解，對于閥桿度(ram)；C為三偏心蝶閥軸向偏心距(mm)；e有力矩作用的分力，分別求出摩擦力矩，最后將各為三偏心蝶閥徑向偏心距(mm)；臼為蝶板所在圓分摩擦力矩合并為總的摩擦力矩。設(shè)摩擦力矩逆時錐的半錐角(deg)；為三偏心蝶閥的偏心角(deg)；針為正，順時針為負。可以求得以下參數(shù)：A為沿蝶板厚度任意橢圓截面的長半軸(mm)；Bh：—Rocos(0+