1 概述

    随着我国工业的发展，各行业对设备的性能要求越来越严格。在可燃性气体管道中，起切断作用的双偏心蝶阀以其重量轻，结构紧凑，操作灵活，密封可靠和可调节流量等优点受到用户青睐，得到了广泛的应用，但在使用过程中也暴露出了缺点。为克服双偏心蝶阀的不足，开发研制了三偏心蝶阀。

    2 密封原理

    双偏心蝶阀的密封原理如图1所示，C点为蝶板轴线位置，A、B两点为蝶板与阀座密封面相接触的两点，α为阀座密封圆锥面的顶角。由该图可知，∠A、∠B和∠α必须满足条件∠B>∠A，才能使蝶板实现无干涉启闭动作。设α不变。则AB线的位置不允许有较大的变动。这就限制了双偏心蝶阀的密封方式，蝶板和阀体只能采用线接触密封，依靠蝶板或阀体上的弹性元件产生变形加大密封面宽度。另外，在蝶板圆周上，各点的压力角变化较大。为了保证密封，只能使蝶板或阀体的弹性元件产生更大的变形。这就使得蝶板及阀体密封面的摩擦现象非常严重。尤其在阀门密封面靠近轴两端的部分，长期使用时容易产生擦伤.造成密封失效。

    在双偏心蝶阀的基础上开发的三偏心蝶阀克服了双偏心蝶阀的缺点。三偏心是指蝶板转动轴与阀体中心线相对偏心，蝶板转动轴与蝶板平面相对偏心，蝶板相对阀体斜置，圆锥形密封面中心线相对于阀门中心线偏转一个角度（图2）。

    三偏心蝶阀蝶板在圆周方向可保证各点的密封正压力分布均匀，*小压力角大于由密封材料所决定的摩擦角，从而杜绝了二者之间相互夹持卡塞的现象。蝶板和阀体不需要太大的变形即可保证密封时的零渗漏。蝶板与阀体密封面为面接触。阀门开启和关闭时，蝶板与阀座密封副间无摩擦。按需要可分别采用软、硬密封面。圆锥形密封面的密封特性，使阀门因温度变化丽热胀冷缩时具有自补偿功能，以保持始终不变的密封效果。这些优点保证了三偏心蝶阀具有寿命长，操作灵活，耐高温及无泄露密封的特性，是纯净介质管道中起切断作用的设备。

    3 蝶板密封压力角

    与双偏心蝶阀相比，三偏心蝶阀密封面压力角的变化较小（图3）。其阀座圆锥形密封面方程为

    其中

    再用过Z轴并与ZOY平面夹角为θ的平面剖切该锥面。

    解方程组

    得交线方程

    再建立阀体密封面的斜剖面方程为

    tgβy+z=h-Rtgβ

    解方程组

    得交点B的坐标为

    该点即为阀体密封面上任意点的坐标。

    由初始条件可求出阀轴线方程为

    其中α为阀门轴线与阀门中心线的偏心量，R1近似为阀门通径的一半，如图2所示。

    由B点向该直线做垂线BE，则过B点与BE及阀门轴线垂直的直线方程为

    该直线即为阀体密封面上点B的运动方向，它与xoz平面的交点A的坐标为

    而B点的受力方向应为过该点并与它所在圆锥面母线垂直，而且过圆锥面轴线的直线方向，该直线与z轴的交点D的坐标为

    其中

    在由DBA三点构成的三角形中，∠DBA即为阀体密封面上B点的压力角，由余弦定理可知其值为

    其中

    通过计算，可以获得θ角从0°~360°圆周方向的压力角，其曲线如图4。其中各初始参数为：α=γ=20°、R1=500、α=50。该组参数并非*佳，只为示范。如果优化得到*佳的数值，可以获得更平缓的压力角变化曲线。尽管如此，仍然可以看出，三偏心蝶阀能够在360°圆周上保证密封。另外，当蝶板打开或关闭的瞬间，蝶板与阀体相接触点面的距离也可以通过该方法进行坐标变换得到。

    三偏心蜂阎对与密封有关的尺寸和位置精度要求较高，除提高加工精度外，还应在结构设计上改进，降低成本，以便于在普通机床上加工。实践中，蝶板和阀体均采用了专用夹具，蝶板轴线位置三维可调，消除因加工精度不足而产生的位置度误差。双偏心调整机构的原理如图5所示。坐标原点为套2的中心，套l中心与套2中心有一个偏心量α，套l内孔中心与套1外圆中心有一个反向偏心量α。通过调整套1和套2的旋转角度。可使套1内孔中心线在以初始位置为圆心，2α为半径的位置任意可调，满足如下关系

    式中α为套2转角，β为套1转角，y为套1内孔中心的y方向坐标，x为套1内孔中心的x方向坐标。

    4 结语

    三偏心蝶阀在适用不同工况时，密封性能不同，如介质中杂质含量较高时. 阀门的密封效果受影响较大，但在纯净介质中仍不失为一种设备。

原创作者：浙江金锋自动化仪表有限公司