多層次金屬密封蝶閥設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

1一、緒言碟閥（Butterflybamper）是一種歷史悠久的閥門，其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)長度小。由于介質(zhì)作用在轉(zhuǎn)軸兩側(cè)面積上的力矩可以互相平衡，所以碟閥的驅(qū)動力矩小，易于實(shí)現(xiàn)快速啟閉，且具有良好的流量調(diào)節(jié)特性。碟閥既可用作切斷閥，也可用作調(diào)節(jié)閥。近年來，隨著結(jié)構(gòu)和密封材料的改進(jìn)，其密封性能也大大提高。由于以上種種優(yōu)點(diǎn)，碟閥在工業(yè)上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。蝶閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕（與相同壓力，相同通徑的閘閥相比可減輕40%50%）流體阻力小、啟閉迅速等一系列優(yōu)點(diǎn)。但我國一些低溫裝置如天燃液化設(shè)備、空氣分離設(shè)備以及變壓吸附設(shè)備等化工行業(yè)所采用的閥門有80%以上是截止閥或閘閥，采用蝶閥的數(shù)量很少。分析其原因主要是金屬密封蝶閥在低溫狀況下密封性能不良，以及其它一些因結(jié)構(gòu)不合理等原因造成介質(zhì)內(nèi)漏和外漏，嚴(yán)重的影響這些低溫設(shè)備的安全和正常運(yùn)行，不能滿足低溫設(shè)備的要求。根據(jù)我國低溫裝置的不斷發(fā)展，對低溫閥門的要求日益增大，為適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，對金屬密封蝶閥進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，研制出一種三偏心純金屬高密封性能的蝶閥。（如圖1所示）圖1三偏心蝶閥2設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一臺滿足下列條件的閥門：1.結(jié)構(gòu)形式：多層次蝶閥2.工作溫度：-29260；3.適用介質(zhì)：水、油、混合氣體；4.公稱壓力：300bL；5.公稱通徑：8“；6.連接形式：法蘭連接；7.驅(qū)動形式：電動；8.制造技術(shù)要求按ASMEB16.34-1996的規(guī)定；9.法蘭連接尺寸按ASMEB16.5a-1992的規(guī)定；10.結(jié)構(gòu)長度尺寸按API609-1997的規(guī)定。二、蝶閥概述和用途金屬硬密封三偏心蝶閥是一種高性能蝶閥產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)是雙向密封零泄漏，啟閉力矩小，使用壽命長。這種閥門的安裝、操作、維護(hù)十分方便，為最大限度滿足工況需求，閥門的驅(qū)動裝置可進(jìn)行多種配置：電動、氣動、蝸輪傳動等，如今該系列產(chǎn)品已被石油、化工、電廠、煉廠、城市供熱管網(wǎng)以及給排水系統(tǒng)等行業(yè)管路系統(tǒng)中作啟閉和調(diào)節(jié)裝置而廣泛使用。本產(chǎn)品主體材料采用WCB、CF8、CF8M等；閥座密封面堆焊司太力硬質(zhì)合金或不銹鋼制造，蝶板密封面為不銹鋼/石墨（或橡膠石棉板）層壓結(jié)構(gòu)，用于工作溫度350650以下工況，介質(zhì)為水、氣體、蒸汽、油品、酸堿以及含顆粒性流體等。三、蝶閥在發(fā)展過程中形成的分類1、同心蝶閥該種蝶閥的結(jié)構(gòu)特征為閥桿軸心、蝶板中心、本體中心在同一位置上。結(jié)構(gòu)簡單、制造方便。常見的襯膠蝶閥即屬于此類。缺點(diǎn)是由于蝶板與閥座始終處于擠壓、刮擦狀態(tài)、阻距大、磨損快。為克服擠壓、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、但也因而在使用上受到溫度的限制、這就是為什么傳統(tǒng)上人們認(rèn)為蝶閥不耐高溫的原因。2、單偏心蝶閥3為解決同心蝶閥的蝶板與閥座的擠壓問題、由此產(chǎn)生了單偏心蝶閥、其結(jié)構(gòu)特征為閥桿軸心偏離了蝶板中心、從而使蝶板上下端不再成為回轉(zhuǎn)軸心、分散、減輕了蝶板上下端與閥座的過度擠壓。但由于單偏心構(gòu)造在閥門的整個(gè)開關(guān)過程中蝶板與閥座的刮擦現(xiàn)象并未消失、在應(yīng)用范圍上和同心蝶閥大同小異、故采用不多。3、雙偏心蝶閥在單偏心蝶閥的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改良成型的就是目前應(yīng)用最廣泛的雙偏心蝶閥。其結(jié)構(gòu)特征為在閥桿軸心既偏離蝶板中心、也偏離本體中心。雙偏心的效果使閥門被開啟后蝶板能迅即脫離閥座、大幅度地消除了蝶板與閥座的不必要的過度擠壓、刮擦現(xiàn)象、減輕了開啟阻距、降低了磨損、提高了閥座壽命。刮擦的大幅度降低、同時(shí)還使得雙偏心蝶閥也可以采用金屬閥座、提高了蝶閥在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。但因?yàn)槠涿芊庠韺傥恢妹芊鈽?gòu)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(chǎn)生密封效果、故對關(guān)閉位置要求很高（特別是金屬閥座）、承壓能力低、這就是為什么傳統(tǒng)上人們認(rèn)為蝶閥不耐高壓、泄漏量大的原因。4、三偏心蝶閥要耐高溫、必須使用硬密封、但泄漏量大；要零泄漏、必須使用軟密封、卻不耐高溫。為克服雙偏心蝶閥這一矛盾、又對蝶閥進(jìn)行了第三次偏心。其結(jié)構(gòu)特征為在雙偏心的閥桿軸心位置偏心的同時(shí)、使蝶板密封面的圓錐型軸線偏斜于本體圓柱軸線、也就是說、經(jīng)過第三次偏心后、蝶板的密封斷面不再是真圓、而是橢圓、其密封面形狀也因此而不對稱、一邊傾斜于本體中心線、另一邊則平行于本體中心線。這第三次偏心的最大特點(diǎn)就是從根本上改變了密封構(gòu)造、不再是位置密封、而是扭力密封、即不是依靠閥座的彈性變形、而是完全依靠閥座的接觸面壓來達(dá)到密封效果、因此一舉解決了金屬閥座零泄漏這一難題、并因接觸面壓與介質(zhì)壓力是成正比的、耐高壓高溫也迎刃而解。四、蝶閥的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢三偏心金屬硬密封蝶閥高壽命密封好，目前,蝶閥作為一種用來實(shí)現(xiàn)管路系統(tǒng)通斷及流量控制的部件,已在石油、化工、冶金、水電等許多領(lǐng)域中得到極為廣泛地應(yīng)用。在已公知的蝶閥技術(shù)中，其密封形式多采用密封結(jié)構(gòu)，密封材料為橡膠、聚四氟乙烯等。由于結(jié)構(gòu)特征的限制，不適應(yīng)耐高溫、高壓及耐腐蝕、抗磨損等行業(yè)?，F(xiàn)有一種比較先進(jìn)的蝶閥是三偏心金屬硬密封蝶閥，閥體和閥座為連體構(gòu)件，閥座密封4表面層堆焊耐溫、耐蝕合金材料。多層軟疊式密封圈固定在閥板上，這種蝶閥與傳統(tǒng)蝶閥相比具有耐高溫，操作輕便，啟閉無磨擦，關(guān)閉時(shí)隨著傳動機(jī)構(gòu)的力矩增大來補(bǔ)償密封，提高了蝶閥的密封性能及延長使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。但是，這種蝶閥在使用過程中仍然存在以下問題。1、由于多層軟硬疊式密封圈固定在閥板上，當(dāng)閥板常開狀態(tài)時(shí)介質(zhì)對其密封面形成正面沖刷，金屬片夾層中的軟密封帶受沖刷后，直接影響密封性能。2、受結(jié)構(gòu)條件的限制該結(jié)構(gòu)不適應(yīng)做通徑DN200以下閥門，原因是閥板整體結(jié)構(gòu)太厚，流阻大。3、因三偏心結(jié)構(gòu)的原理，閥板的密封面與閥座之間的密封是靠傳動裝置的力矩使閥板壓向閥座。正流狀態(tài)時(shí)，介質(zhì)壓力越高密封擠壓越緊。當(dāng)流道介質(zhì)逆流時(shí)隨著介質(zhì)壓力的增大閥板與閥座之間的單位正壓力小于介質(zhì)壓強(qiáng)時(shí)，密封開始泄漏。高性能三偏心雙向硬密封蝶閥，其特征在于：所述閥座密封圈由軟性T形密封環(huán)兩側(cè)多層不銹鋼片組成。閥板與閥座的密封面為斜圓錐結(jié)構(gòu)，在閥板斜圓錐表面堆焊耐溫、耐蝕合金材料；固定在調(diào)節(jié)環(huán)壓板之間的彈簧與壓板上調(diào)節(jié)螺栓裝配一起的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有效地補(bǔ)償了軸套與閥體之間的公差帶及閥桿在介質(zhì)壓力下的彈性變形，解決了閥門在雙向互換的介質(zhì)輸送過程中存在的密封問題。采用軟性T型兩側(cè)多層不銹鋼片組成密封圈，具有金屬硬密封和軟密封的雙重優(yōu)點(diǎn)，無論在低溫和高溫情況下，均具有零滲漏的密封性能。當(dāng)逆流狀態(tài)時(shí)，閥板與閥座之間的密封靠驅(qū)動裝置的力矩使閥板壓向閥座。隨著反向介質(zhì)壓力的增大，閥板與閥座之間的單位正壓力小于介質(zhì)壓強(qiáng)時(shí)，調(diào)節(jié)環(huán)的彈簧在受載后所儲存的變形能補(bǔ)償閥板與閥座密封面的緊壓力起到自動補(bǔ)償作用。因此本實(shí)用新型不像現(xiàn)有的技術(shù)那樣，在閥板上安裝軟硬多層密封圈，而是直接安裝在閥體上，在壓板和閥座中間增設(shè)調(diào)節(jié)環(huán)是十分理想的雙向硬密封方式。它將可取代閘閥、截止閥及球形閥五、密封結(jié)構(gòu)分析（一）低溫閥門產(chǎn)生泄漏的原因主要有兩種情況，一是內(nèi)漏；二是外漏。1、閥門產(chǎn)生內(nèi)漏主要原因是密封副在低溫狀態(tài)下產(chǎn)生變形所致。當(dāng)介質(zhì)溫度下降到使材料產(chǎn)生相變時(shí)造成體積變