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隨著我國南水北調(diào)工程的開展、長輸管線的不斷建設(shè)以及工業(yè)環(huán)保、水處理、高層建筑、給排水管路改造,對蝶閥的密封性能也提出了更高的要求,既要保證蝶閥在正向狀態(tài)能夠密封,也要在反向狀態(tài)能夠保證密封,因此,介質(zhì)雙向流動都能保證密封的雙向壓硬密封蝶閥得到國內(nèi)閥門行業(yè)的關(guān)注。本文通過分析偏心蝶閥的密封力和閥桿變形,提出一種雙向壓金屬硬密封蝶閥。
偏心蝶閥密封力分析
偏心蝶閥結(jié)構(gòu)主要由閥體、蝶板、閥桿和填料組成。圖1中L為閥桿回轉(zhuǎn)中心與閥體密封面的偏心距離(mm)。偏心蝶閥在介質(zhì)正向流動實現(xiàn)密封功能時,閥桿扭矩在蝶板密封面施加的必需密封力為FMF(N)。但由于介質(zhì)力FMJ(N)的作用,使密封面的實際密封力增大到FMZZ,此時,密封面的實際密封力FMZZ為必需密封力FMF和介質(zhì)力FMJ之和,即:
其中式中,qMF為密封面必需密封比壓,MPa;A為密封面受壓面積,mm2。FMZZ在密封面形成的密封比壓由下式計算:式中,qZ為密封面正向密封比壓,MPa。
偏心蝶閥受反向介質(zhì)力作用時,在同樣的閥桿扭矩和介質(zhì)力作用下,密封力為:式中,F(xiàn)MZF為密封面的反向密封力,N。FMZF在密封面形成的密封比壓由下式計算:式中,qF為密封面反向密封比壓,MPa。
分析式(2)和式(4)可知,偏心蝶閥在正向介質(zhì)力作用時,密封面的密封力FMZZ是閥桿作用力和正向介質(zhì)力作用之和,介質(zhì)正向流動容易實現(xiàn)密封。介質(zhì)在反向流動時,由于介質(zhì)力的作用,密封力減小,反向密封比壓qF小于正向密封比壓qZ,且qZ 必需密封力FMF是由閥桿施加在蝶板密封面上的作用力,正向密封時閥桿施加在蝶板密封面上的作用力是必需密封力。若使介質(zhì)反向流動時能夠保證密封,即qF≥qMF,則:
由此可知,反向密封時閥桿施加在蝶板密封面上的作用力為必需密封力與介質(zhì)力之和,反向密封時閥桿施加在蝶板密封面上的作用力大于正向密封時閥桿作用力。
閥桿彎曲變形對密封影響的分析
由于反向密封時閥桿施加在蝶板密封面上的作用力大于正向密封時閥桿作用力,因此,僅對介質(zhì)反向流動時閥桿彎曲變形對偏心蝶閥的密封影響進行分析。介質(zhì)反向流動,閥桿在克服密封面作用力的同時,還要克服介質(zhì)力對閥桿的正壓力。將閥桿受力簡化為簡支梁,見圖2。圖2中A、B兩點為閥體對閥桿的支點,C、D兩點是閥桿的受力點,作用力為FFGF/2(FFGF為蝶板密封面力和介質(zhì)力對閥桿的作用力,N),根據(jù)力的平衡原理有:
FFGF對閥桿產(chǎn)生的彎曲變形量為:
式中
δ1為閥桿彎曲變形量
l1、l2分別為AC和DB距離,通常取l1=l2
l為A、B兩點距離,mm;
E為彈性模量,GPa;
I為慣性矩,N•s2•m。
由于密封力和介質(zhì)作用力的共同作用使得閥桿發(fā)生彎曲變形,變形量為δ1。當介質(zhì)正向流動時,閥桿向密封面方向彎曲,閥桿變形有利于密封;介質(zhì)反向流動時,閥桿向遠離密封面方向彎曲,蝶板隨著閥桿彎曲脫離密封面,密封力減小,不能保證密封。
由以上分析可知,當介質(zhì)反向流動時,由于介質(zhì)力的反向作用,偏心蝶閥不能保證可靠的密封功能。為了解決此問題,我們研制了一種新型的雙向壓金屬硬密封蝶閥。
永嘉永嘉縣翔鵬閥門廠擁有全球最頂尖的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)工程師,有能力按照各國標準以及各種行業(yè)標準生產(chǎn)制造優(yōu)質(zhì)閥門。
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