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如何更好的設計蝶閥密封!

關鍵詞:通風蝶閥|電動通風蝶閥 來自:暫無

蝶閥以其成本低、體積小、質量輕和壽命長等優勢得到了廣泛的應用。隨著我國工業的發展,各行業對設備的性能要求越來越嚴格,尤其是在一些煤氣管道或其他有害物質的管道中,要求蝶閥必須達到零泄漏,所以蝶閥的密封結構設計一直是重要的研究課題。本文應用TRIZ技術進化理論對蝶閥的密封結構設計的進化過程進行分析,并對其密封技術的發展和未來產品可能的密封結構狀態進行預測,為企業產品的創新和開發提供借鑒。

    2 TRIZ技術進化理論

    TRIZ是俄文中發明問題解決理論的詞頭。該理論是前蘇聯G.S.Altshuler及其領導的一批研究人員,自1946年開始,在分析研究世界各國250萬件專利的基礎上,綜合多個學科領域的原理和法則形成的理論體系[1]。其主要目的是研究人類進行發明創造及解決技術難題過程中所遵循的科學原理和方法。其主要內容包括,40個發明創造原理、39個技術特性、矛盾矩陣、物質-場分析和發明問題解決算法等。

    技術進化理論是TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving——發明問題解決理論)理論的基礎,也是其核心。技術進化理論將產品進化過程分為嬰兒期、成長期、成熟期和退出期等4個階段。處于嬰兒期及成長期的產品,企業應加大投入,對其結構、參數等進行優化,使其盡快成熟,從而為企業帶來更多利潤。處于成熟期產品,企業應對其替代技術進行研究,以便推出新一代產品,以應對未來的市場競爭。而對于退出期的產品,企業利潤急劇下降,應該盡快淘汰。

    技術進化理論還研究技術進化模式、進化定律與進化路線。應用這些進化模式或定律以及進化路線可以預測產品的未來發展趨勢,把握新產品開發方向,為企業產品規劃提供具體的、科學的支持。

    3 蝶閥密封結構

    隨著現代工業技術的飛速發展,蝶閥廣泛應用于管道控制系統,特別是其他控制閥類難以適用的大口徑管道控制系統。通常,蝶閥的閥座為固定式,其材質有高分子聚合物和金屬兩類,聚合物閥座主要適用于溫度較低的工況,金屬密封閥座蝶閥雖然能滿足較高的溫度和壓力工況,但金屬閥座的彈性較聚合物閥座低,密封性能較差[2。蝶閥各種性能的改善與其不斷改進密切相關。如蝶閥的密封結構技術發展先后經歷了普通蝶閥、單偏心蝶閥、雙偏心蝶閥和三偏心蝶閥的演變過程(圖1)。

(a)普通蝶閥 (b)單偏心蝶閥 (c)雙偏心蝶閥 (d)三偏心蝶閥

圖1 蝶閥

    3.1 普通蝶閥

    幾個世紀以來,形如擋板的蝶閥一直用作流量控制裝置,蝶板的邊緣僅掃過管的內徑,以改變流量,但不能緊密切斷流體的流動。隨著天然橡膠及人造橡膠襯層的應用,橡膠襯層開始用作密封材料,常見的襯膠蝶閥即屬于此類。該種蝶閥的結構特征為閥桿中心、蝶板中心、閥體中心在同一位置上,結構簡單,制造方便。因蝶板中心線兩側是相等的,故力矩和通過蝶板的壓力負載是平衡的,使蝶閥關閉時達到雙向緊密封,不存在不平衡區,減少了單邊泄漏。但由于它是以旋轉軸為中心的對稱結構。它的密封面是處于軸的兩側,這樣的結構,密封面的壓緊力與介質的壓力永遠只有一半蝶板是相一致的,另一半則處于完全相反的方向。因此造成蝶閥密封性能不高。另外蝶板與閥座始終處于擠壓和刮擦狀態,阻力矩大,磨損快。為克服擠壓和刮擦,保證密封性能,閥座基本上采用橡膠或聚四氟乙烯等彈性材料,因此在使用上受到了溫度的限制。

    3.2 單偏心蝶閥

    為解決普通蝶閥的蝶板與閥座的擠壓問題產生了單偏心蝶閥。單偏心蝶閥的閥桿中心線與密封中心線錯開,形成不對稱結構,以便不通過橡膠襯密封面,造成了蝶閥的密封面成為一個完整連續的圓弧曲面,這樣對于密封面的加工制造就非常方便,而且蝶板與閥座還可以進行研磨,這對于蝶閥的密封性能就有了充分的保證。蝶板上下端不再為回轉軸心,分散減輕了蝶板上下端與閥座的過度擠壓,能較快離開密封面,減小了配合面間的摩擦力。但是由于單偏心結構在閥門的整個開關過程中蝶板與閥座的刮擦現象并未消失,故采用不多。

    3.3 雙偏心蝶閥

    雙偏心蝶閥的結構特征是閥桿軸心偏離閥座的密封面中心,也偏離管路和閥門中心線[3]。雙偏心的效果使閥門開啟后,蝶板能迅速脫離閥座,大幅度地消除了蝶板與閥座的不必要的過度擠壓和刮擦等現象,減輕了開啟力矩,降低了磨損,提高了閥座壽命。刮擦的大幅度降低,同時還使得雙偏心蝶閥也可以采用金屬閥座,提高了蝶閥的適用溫度,但因為其密封原理屬于位置密封構造,即蝶板與閥座的密封面為線接觸,通過蝶板擠壓閥座所造成的彈性變形產生密封效果,故對關閉位置要求很高(特別是金屬閥座),承壓能力較低,蝶板或閥體密封面的摩擦現象非常嚴重。


 

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