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1、三偏心蝶阀摩擦力矩分析时间:2009-08-15 来源:兰州理工大学 编辑:俞树荣内容提示：通过对三偏心蝶阀蝶板的静力分析,推导出三偏心蝶阀的摩擦力矩,并且分析了径向偏心距、轴向偏心距以及偏心角对摩擦力矩的影响。1、前言三偏心蝶阀是在双偏心蝶阀的基础上,使蝶板的中心偏置一定的角度,形成三偏心密封结构,从而消除了蝶阀启闭时两密封面之间的机械磨损和擦伤,减小了驱动力矩。密封面位于斜圆锥表面,阀座和密封圈的正截面均为椭圆,这正是其设计和制造的难点及关键,也是目前不能准确计算摩擦力矩的原因所在[1]。2、
2、三偏心蝶阀结构分析蝶阀的三偏心结构(图1)是在双偏心蝶阀的基础上再增加一个倾角,经过最优化设计使密封副的摩擦力进一步下降,由于采用面密封的结构使接触应力分布均匀、密封更加可靠。三偏心蝶阀的第一个偏心是指蝶板的回转中心L相对于蝶板中心在轴向存在偏心距c,第二个偏心是指蝶板的回转中心L相对于蝶板中心在径向存在偏心距e,第三个偏心是指阀座所在圆锥形的高线与阀体通道轴线有一个夹角φ,即角偏心[2、3] 。 图1三偏心蝶阀结构示意图对于三偏心结构的蝶阀,由于轴向偏心距c的存在,保证了蝶阀密封面是一个完整连续的锥面,
3、并且该密封面的几何中心容易确定,降低了密封面加工制造的难度。若密封面为正圆锥面,则由于蝶板密封面的回转半径大于阀座密封面相应部位的半径,从而在关闭时蝶板密封表面不能进入阀座,即产生“干涉”现象,而采用偏心角为φ的锥面即所谓圆锥斜切可以解决这个问题。其密封面为斜置锥形,蝶板与阀座的密封接触为面接触,依靠密封面与阀座的充分接触来达到密封效果[4、5]。从图1得蝶板中性面椭圆的长半轴A和短半轴B分别为:式中A———中性面椭圆长半轴,mmB———中性面椭圆短半轴,mmR0———密封圆锥底半径,mmE———蝶板厚度
4、,mmθ———密封圆锥半锥角,°φ———角偏心,°3、静力分析当蝶板处于临界状态(即蝶板在关闭的瞬间)时,其上的作用力包括:密封面上的单位正压力N(方向垂直于密封面且为均布的空间力系)和摩擦力fN(方向沿密封表面并且阻止蝶板运动的空间力系)以及介质对蝶板的压力p(方向取决与介质流向)。而摩擦力fN与摩擦系数f有关,摩擦系数f与密封副材料、加工方法、表面光洁度和硬度、润滑状态及温度等因素有关,可以通过试验测试来确定其准确数值[6]。 图2蝶板受力示意三偏心蝶阀摩擦力矩分析时间:2009-08-15 来源:
5、兰州理工大学 编辑:俞树荣内容提示：通过对三偏心蝶阀蝶板的静力分析,推导出三偏心蝶阀的摩擦力矩,并且分析了径向偏心距、轴向偏心距以及偏心角对摩擦力矩的影响。当介质为正流状态时(介质流动方向与蝶板关闭方向相同)蝶板密封面受力情况如图2所示。密封面上所受的压力N是均布力,方向垂直于密封表面,即垂直于圆锥母线与该点的切线所组成的平面,并且压力是一空间力系。由于蝶板的密封表面与阀座密封面之间有运动的趋势,且存在着相互作用力,则两密封面之间也必然存在着一定的摩擦力,其大小为fN,方向沿圆锥母线且阻止蝶板的运动
6、。力的平衡方程以阀杆轴线为界,图3所示椭圆被分为上下两部分,根据对称性可将该椭圆分为两个区间:[0,θ1]和[θ1,π]。 图3蝶板截面示意通过各力在圆锥轴线方向上的投影可列出相应的力的平衡方程式,进而可求出密封面上所受的压力N:式中p———管道中流体介质压力,MPaf———与密封副材料有关的摩擦系数4、摩擦力矩计算由于三偏心蝶阀密封面为圆锥的表面,密封为面接触密封,求出蝶板密封表面上的摩擦力后,再求作用于蝶板上、下两部分的摩擦力矩。在求摩擦力矩的时候,为计算方便,取蝶板中性面椭圆代替蝶板进行分析。如图4
7、所示,首先将摩擦力进行分解,对于阀杆有力矩作用的分力,分别求出摩擦力矩,最后将各分摩擦力矩合并为总的摩擦力矩。假定摩擦力矩逆时针为正,顺时针为负。图4摩擦力分解示意(1)摩擦力分力fNcosα1(图4)引起的蝶板上部分的摩擦力矩(逆时针方向):(2)摩擦力分力fNcosα1引起的蝶板下部分的摩擦力矩(逆时针方向):(3)摩擦力分力fNsinα1cosα(图4)引起的蝶板上部分的摩擦力矩(逆时针方向):(4)摩擦力分力fNsinα1cosα引起的蝶板下部分的摩擦力矩(顺时针方向):式中C———长轴上的焦点半
8、径,mmλ———焦点参数,λ=B2/Ae′———椭圆离心率三偏心蝶阀摩擦力矩分析时间:2009-08-15 来源:兰州理工大学 编辑:俞树荣内容提示：通过对三偏心蝶阀蝶板的静力分析,推导出三偏心蝶阀的摩擦力矩,并且分析了径向偏心距、轴向偏心距以及偏心角对摩擦力矩的影响。5、特殊情况当φ=0时,阀座的内表面由斜圆锥变为正圆锥,阀座和密封圈的正截面为圆。这就是蝶阀的双偏心结构,双偏心是三偏心的特殊情况,此时密封面上所受的压
