三偏心金属硬密封蝶阀结构优化改进

1 三偏心金属硬密封蝶阀结构优化改进概述

从20世纪八九十年代开始，我国的蝶阀生产和制造速度突飞猛进，吸收了很多国外的先进技术，特别是三偏心蝶阀，在原有的中线蝶阀、单偏心蝶阀、双偏心蝶阀基础上又有了结构上的飞跃，避免了开启时候的力矩问题，实现了瞬间完全开启、关闭的功能。三偏心蝶阀的密封面的设计加工是三偏心技术的核心，直接影响到产品的性能。本文涉及到的两种密封面方式各有自己的优势和特点，根据具体的情况来选择合适的密封形式。三偏心硬密封蝶阀目前在国内的设计和生产已经非常普遍，对于第三偏心的密封面结构一般为成熟的斜置圆锥面形式，实际还有另外一种斜圆锥面密封形式。文章针对这两种密封面形式进行了分析和对比。

三偏心金属硬密封蝶阀结构优化改进特点： 

1、本阀采用三偏心密封结构，阀座与蝶阀几乎无磨损，具有越关越紧的密封功能。 

2、阀体不锈钢制作，具有金属硬密封和弹性密封的双重优点，无论在低温和高温的情况下，均具有优良的密封性能，使用寿命长等特点。 

3、蝶板密封面采用堆焊钴基硬质合金，，密封面耐磨损，使用寿命长。 

4、本阀具有双向密封功能，安装时不受介质流向的限制，也不受空间的位置影响，可在任何方向安装。 

5、驱动装置可以多工位安装，便于用户使用。 

三偏心硬密封碟阀,包括阀体,碟板以及阀座,阀座安装在阀体上,阀座由不锈钢薄片与石墨薄片叠合而成,所述阀座以及碟板上分别设有*密封圈和第二密封圈构成密封副,*密封圈和第二密封圈由若干螺钉分别固定在阀座以及碟板上.具有阀座的使用寿命长,不会产生泄漏以及碟板密封面可以更换等优点,适用于石油天然气开采,海上平台,石油精炼,石油化工,无机化工,能源发电等各大工业领域的过程控制等各种重要管线上.

2 三偏心金属硬密封蝶阀结构优化改进结构分析

首先是对密封面的一个说明，如图1所示，密封面分为阀座密封面和阀板密封面：两个表面的形状都是圆锥的斜面，而且这两个表面必须是出自采用精密的J形弹性密封和三偏心多层次金属硬密封结构，被广泛用于温度≤425℃的治金，电力，石油化工，以及给排水和市政建设等工业管道上，作调节流量和载断流体使用的不锈钢阀门。该阀采用三偏心结构，阀座与蝶阀密封面均采用不同硬度和不锈钢制作，具有良好耐腐蚀性，使用寿命长，产品符合国家GB/T13927-92 阀门压力试验标准。 

三偏心蝶阀型号：

D343W-10P/R，D343W-16P/R，D343W-25P/R，D343W-40P/R，D343W-64P/R 

D343W-150LB，D343W-300LB，D343W-600LB 同一个圆锥的表面才能够保证两个密封面能够贴合，从而实现密封的目的。

2.1 正圆锥

正圆锥是指一个完整回转体形成的圆锥，即用一个直角三角形绕直角边旋转360°得到的圆锥，所示，每一个竖截面都是轴对称，而使用密封面则是将圆锥横置后，一条母线水平，截取中间的一段作为密封的部分，所示：从竖直方面看的截面来看，每个截面都是椭圆形，这是目前非常普遍的应用形式，因为结构相对容易理解，只是将圆锥平置即可。

2.2 斜圆锥

斜圆锥从外形来说和正圆锥区别并不是非常大，从图6可以看出，两个模型总体差别小，如果不通过测量的方式用肉眼很难分辨出两者的差异。从底面观察可以看到细微的差别，但是由于圆锥角度并不是很大，所以正圆锥的斜截面形成的椭圆长短轴差异很小，比如这个模型中的长短轴也就差异，通过肉眼也不容易分辨出来。

斜圆锥的建模原理和正圆锥的回转方式完全不同，不是通过回转形成的几何体，在建模软件中无法通过旋转命令完成，而是通过不同的圆截面“堆积”而成，所有圆形截面都与一条母线相切，并且圆心都通过一条直线，三维模型建模时候可以通过混合扫描的方式来实现，构图的原理可以进行说明。

综上所述，两种圆锥的不同之处就是底面的截面，正圆锥是椭圆，可以理解为无限多个椭圆“堆积”而成，所有椭圆的中心在一条直线上；斜圆锥是正圆，可以理解为无限多个正圆“堆积”而成，所有的圆形的圆心都在一条直线上。

3 两种密封表面的特点对比

因为这两种圆锥面的形成原理不同，所以从产品自己的结构特点还是加工特性以及相应影响到的产品性能方面都有所差别，下面就分别就这几个方面对正圆锥密封面和斜圆锥密封面进行分析。

3.1 三偏心金属硬密封蝶阀结构优化改进正圆锥

3.1.1 结构特点。

正圆锥本身是回转体，具有高度的轴对称性，而所使用的密封部分是圆锥的侧面，如图8所示黑色表面部分。从结果来看，椭圆的长短轴差异并不是很大，但是如果是大口径的阀门，长短轴的差异就会被放大，从图14的角度来看，同样的在阀座的位置，在产品的设计空间上面会受到一定的影响，尺寸越大，这种影响可能会越大。

3.1.2 加工特点。

从产品的结构特点可以看到，这种密封面形式是通过回转体来实现的，这样通过回转加工的设备就可以实现外形特征，比如普通的车床，只需要搭配上相应的加工胎具，则可以实现。

3.1.3 性能相關特点。

正圆锥密封面加工起来相对方便，利用传统回转加工设备就可以实现，但是由于每个截面都是椭圆，存在长短轴的差异，整个产品的外观会体现出不规则的感觉，尺寸越大这种差别会更加明显，对于开启摩擦力的影响，根据以往相关摩擦力矩理论分析相关文献可知，圆锥角越大则摩擦力矩越小。为了尽可能减小摩擦开启力矩，那么就需要增大圆锥顶角，但是角度增大的同时又会受到外形的影响，需要在两者之间取一个平衡。

3.2 三偏心金属硬密封蝶阀结构优化改进斜圆锥

3.2.1 结构特点。

斜圆锥本身是非回转体，不具备对称性的特点，使用的密封部分同样也是圆锥的侧面，这部分和正圆锥的部分基本没有差别，具体可以参考前面提到的正圆锥的部分。区别点就是斜圆锥的每一个截面都是正圆形，正因为如此，就不存在边界差异的问题，更不会像正圆锥那样随着口径的增大而放大这种差异。

3.2.2 加工特点。

因为斜圆锥的非对称的特点，使得斜圆锥密封面的加工要求跟正圆锥密封面完全不同，无法使用原来回转设备（卧式车床或者立式车床），所以就必须使用加工中心的设备来制作，从斜圆锥的成型原理可以理解为：每一层的正圆形逐层堆砌而成（参考图7），根据加工中心的数控编程，可以采用“积分”的形式来进行逐层的加工，从而实现斜圆锥的外轮廓。实际的加工方式可以通过加工中心立式铣削的方法来完成，不需要特殊的加工胎具去调整角度，完全可以通过数控编程来实现，只需要标记好起始加工位置即可。

3.2.3 性能相关特点。

斜圆锥密封面加工起来相对复杂，普通的加工设备无法满足，只能通过数控加工中心来实现。完成品截面都为正圆，从外形来说非常规则，特别是对于大口径来说相对于正圆锥的长短轴偏差的优势就更加明显。从产品的性能角度来说，密封的效果和正圆锥斜面的密封效果相同，没有差别，但是对于阀门的开启摩擦力矩，斜圆锥密封面的角度可以做得更大（因为对于外形的影响相对于正圆锥会小很多），角度越大阀门的开启摩擦力矩就会越小，更有利于产品的性能。

4三偏心金属硬密封蝶阀结构优化改进 结语

不论是正圆锥密封面还是斜圆锥密封面都可以实现三偏心硬密封蝶阀的第三偏心，而且可以达到同等级的密封效果，两者在加工和对于阀门开启摩擦力矩方面会有一些差异，如何去选择加工方式，还需要从产品本身的实际需要和企业自身的设备能力、加工经验等多方面去衡量，传统的方式通常使用的是正圆锥的加工方式，随着技术的进步和设备的升级，相信更多的加工方式和优化的产品设计也会带动三偏心蝶阀密封面的加工技术。

该阀的蝶板在启闭过程中，实现了蝶板密封圈与阀座密封面之间的无滑动磨擦·卡挤，密封面上的压力角大于磨擦角，采用了“径向动平衡密封系”设计，是蝶板开启阻力低。启闭过程中蝶板密封面沿360°圆周各点可以瞬间快速完成，逐点接触和逐点脱离。开启密封即可分离，快速准确实现关闭接触自动相吻合的密封动作。 

    调节型多层次·全金属硬密封蝶阀由于密封面采用多重密封和整体全金属密封，经过高精度机械加工成椭圆形截面密封环，它与阀座金属密封面组成密封副。 本蝶阀采用高性能复合材料密封副，或者堆焊合金钢密封副、零泄漏、长寿命；确保了阀门的双向密封，解决了偏心蝶阀只能单向密封的问题。本蝶阀即有三偏心蝶阀的所有优点，又具有高可靠的双向密封。