开云体育 开云官网开云体育 开云官网开云体育 开云官网浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系毕业设计（论文）任务书课题名称：多层次金属密封蝶阀（8”D943H-300Lb-JS）专 业： 机电一体化 班 级： 机电 03（1） 姓 名： 吴永坚 学 号： 01 指导教师： 姜明 2006 年 3 月 5 日浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系毕业设计（论文）任务书1、课题内容与要求碟阀是一种历史悠久的阀门，其 结构简单、体 积小、重量轻、结构长度小。由于介质作用在转轴两侧面积上的力矩可以互相平衡，所以碟阀的驱动力矩小，易于实现快速启闭，且具有良好的流量调节特性。碟阀既可用作切断阀，也可用作调节阀。近年来，随着结构和密封材料的改进，其密封性能也大大提高。由于以上种种优点，碟阀在工业上得到了越来越广泛的 应用。设计要求：设计一台满足下列条件的阀门：1. 结构形式：多层次蝶阀2. 工作温度：-29260 ；3. 适用介质：水、油、混合气体；4. 公称压力：300bL；5. 公称通径：8“；6. 连接形式：法兰连接；7. 驱动形式：电动；8. 制造技术要求按 ASME B16.34-1996 的规定；9. 法兰连接尺寸按 ASME B16.5a-1992 的规定；10. 结构长度尺寸按 API 609-1997 的规定。2、课题参考文献1.阀门设计计算手册3、课题任务进度安排第 3-4 周 开题报告。第 5-6 周 阀杆与阀体的设计与校核。第 7 周 销轴、平键、碟板和填料压盖的设计与校核。第 8 周 绘制总装图及重要零件图。第 9 周 编写设计说明书。第 10 周 毕业答辩。教研室主任意见： 教研室主任（签名）：年 月 日浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系毕业设计（论文）开题报告课题名称：多层次金属密封蝶阀（8”D943H-300Lb-JS） 专 业： 机电一体化 班 级： 机电 03（1） 姓 名： 吴 永 坚 学 号： 01 指导教师： 姜明 2006 年 3 月 17 日浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系毕业设计开题报告1、课题研究的现状和意义1、 特 殊 设 计 的 蝶 板 密 封 圈 ， 具 有 金 属 密 封 和 弹 性 密 封 的 双 重 优 点 ， 无 论 在 高 温 或低 温 情 况 下 ，Kaiyun App下载 全站 均 具 有 优 良 的 密 封 性 能 。2、 采 用 流 阻 小 、 密 封 可 靠 的 斜 置 锥 形 阀 座 ， 及 三 维 偏 心 结 构 ， 阀 座 与 蝶 板 几 乎 无摩 擦 ， 具 有 越 关 越 紧 的 密 封 功 能 。3、 更 换 阀 体 材 质 ， 采 用 不 同 密 封 圈 复 合 夹 层 可 适 用 不 同 介 质 。4、 操 作 灵 活 、 省 力 、 方 便 、 寿 命 长 、 零 泄 漏 。5、 耐 高 温 、 耐 腐 蚀 。主 要 适 用 于 石 油 、 化 工 、 电 力 、 冶 金 及 城 市 供 热 系 统 管 路 上 ， 作 为 调 节 和 截 流设 备 使 用 。2、课题要解决的问题或研究的基本内容1. 阀杆的设计。2. 阀体的设计。3. 销轴、平键、蝶板、填料压盖的选择。3、课题研究拟采用的手段和工作路线课题研究拟采用的手段为：查表、手工计算。工作路线：阀杆阀体 销轴平键 蝶板填料压盖。4、课题研究进程计划第 3-4 周 上交开题报告第 5-6 周 阀杆与阀体的设计与校核。第 7 周 销轴、平键、碟板和填料压盖的设计与校核。第 8 周 绘制总装图及重要零件图。第 9 周 编写设计说明书。第 10 周 答辩。5、课题成果论文 图纸 产品或作品 应用程序其它：指导教师意见： 指导教师（签名）：年 月 日教研室主任意见： 教研室主任（签名）：年 月 日1一、 绪言碟阀（Butterfly bamper）是一种历史悠久的阀门，其结构简单、体积小、重量轻、结构长度小。由于介质作用在转轴两侧面积上的力矩可以互相平衡，所以碟阀的驱动力矩小，易于实现快速启闭，且具有良好的流量调节特性。碟阀既可用作切断阀，也可用作调节阀。近年来，随着结构和密封材料的改进，其密封性能也大大提高。由于以上种种优点，碟阀在工业上得到了越来越广泛的应用。蝶阀具有结构紧凑、体积小、重量轻（与相同压力，相同通径的闸阀相比可减轻40%50%）流体阻力小、启闭迅速等一系列优点。但我国一些低温装置如天燃液化设备、空气分离设备以及变压吸附设备等化工行业所采用的阀门有 80%以上是截止阀或闸阀，采用蝶阀的数量很少。分析其原因主要是金属密封蝶阀在低温状况下密封性能不良，以及其它一些因结构不合理等原因造成介质内漏和外漏，严重的影响这些低温设备的安全和正常运行，不能满足低温设备的要求。根据我国低温装置的不断发展，对低温阀门的要求日益增大，为适应市场经济发展的需要，对金属密封蝶阀进行结构上的改进，研制出一种三偏心纯金属高密封性能的蝶阀。（如图 1 所示）图 1 三偏心蝶阀2设计要求：设计一台满足下列条件的阀门：1. 结构形式：多层次蝶阀2. 工作温度：-29260 ；3. 适用介质：水、油、混合气体；4. 公称压力：300bL；5. 公称通径：8“；6. 连接形式：法兰连接；7. 驱动形式：电动；8. 制造技术要求按 ASME B16.34-1996 的规定；9. 法兰连接尺寸按 ASME B16.5a-1992 的规定；10. 结构长度尺寸按 API 609-1997 的规定。二、Kaiyun App下载 全站蝶阀概述和用途 金属硬密封三偏心蝶阀是一种高性能蝶阀产品。其主要特点是双向密封零泄漏，启闭力矩小，使用寿命长。这种阀门的安装、操作、维护十分方便，为最大限度满足工况需求，阀门的驱动装置可进行多种配置：电动、气动、蜗轮传动等，如今该系列产品已被石油、化工、电厂、炼厂、城市供热管网以及给排水系统等行业管路系统中作启闭和调节装置而广泛使用。 本产品主体材料采用 WCB、CF8 、CF8M 等；阀座密封面堆焊司太力硬质合金或不锈钢制造，蝶板密封面为不锈钢/石墨（或橡胶石棉板）层压结构，用于工作温度 350650以下工况，介质为水、气体、蒸汽、油品、酸碱以及含颗粒性流体等。三、蝶阀在发展过程中形成的分类1、同心蝶阀该种蝶阀的结构特征为阀杆轴心、蝶板中心、本体中心在同一位置上。结构简单、制造方便。常见的衬胶蝶阀即属于此类。缺点是由于蝶板与阀座始终处于挤压、刮擦状态、阻距大、磨损快。为克服挤压、刮擦、保证密封性能、阀座基本上采用橡胶或聚四氟乙烯等弹性材料、但也因而在使用上受到温度的限制、这就是为什么传统上人们认为蝶阀不耐高温的原因。32、单偏心蝶阀 为解决同心蝶阀的蝶板与阀座的挤压问题、由此产生了单偏心蝶阀、其结构特征为阀杆轴心偏离了蝶板中心、从而使蝶板上下端不再成为回转轴心、分散、减轻了蝶板上下端与阀座的过度挤压。但由于单偏心构造在阀门的整个开关过程中蝶板与阀座的刮擦现象并未消失、在应用范围上和同心蝶阀大同小异、故采用不多。 3、双偏心蝶阀 在单偏心蝶阀的基础上进一步改良成型的就是目前应用最广泛的双偏心蝶阀。其结构特征为在阀杆轴心既偏离蝶板中心、也偏离本体中心。双偏心的效果使阀门被开启后蝶板能迅即脱离阀座、大幅度地消除了蝶板与阀座的不必要的过度挤压、刮擦现象、减轻了开启阻距、降低了磨损、提高了阀座寿命。刮擦的大幅度降低、同时还使得双偏心蝶阀也可以采用金属阀座、提高了蝶阀在高温领域的应用。但因为其密封原理属位置密封构造、即蝶板与阀座的密封面为线接触、通过蝶板挤压阀座所造成的弹性变形产生密封效果、故对关闭位置要求很高（特别是金属阀座） 、承压能力低、这就是为什么传统上人们认为蝶阀不耐高压、泄漏量大的原因。 4、三偏心蝶阀 要耐高温、必须使用硬密封、但泄漏量大；要零泄漏、必须使用软密封、却不耐高温。为克服双偏心蝶阀这一矛盾、又对蝶阀进行了第三次偏心。其结构特征为在双偏心的阀杆轴心位置偏心的同时、使蝶板密封面的圆锥型轴线偏斜于本体圆柱轴线、也就是说、经过第三次偏心后、蝶板的密封断面不再是真圆、而是椭圆、其密封面形状也因此而不对称、一边倾斜于本体中心线、另一边则平行于本体中心线。 这第三次偏心的最大特点就是从根本上改变了密封构造、不再是位置密封、而是扭力密封、即不是依靠阀座的弹性变形、而是完全依靠阀座的接触面压来达到密封效果、因此一举解决了金属阀座零泄漏这一难题、并因接触面压与介质压力是成正比的、耐高压高温也迎刃而解。四、蝶阀的现状和发展趋势三偏心金属硬密封蝶阀高寿命密封好，目前,蝶阀作为一种用来实现管路系统通断及流量控制的部件,已在石油、化工、冶金、水电等许多领域中得到极为广泛地应用。在已公知的蝶阀技术中，其密封形式多采用密封结构，密封材料为橡胶、聚四氟乙烯等。由于结构特征的限制，不适应耐高温、高压及耐腐蚀、抗磨损等行业。4现有一种比较先进的蝶阀是三偏心金属硬密封蝶阀，阀体和阀座为连体构件，阀座密封表面层堆焊耐温、耐蚀合金材料。多层软叠式密封圈固定在阀板上，这种蝶阀与传统蝶阀相比具有耐高温，操作轻便，启闭无磨擦，关闭时随着传动机构的力矩增大来补偿密封，提高了蝶阀的密封性能及延长使用寿命的优点。但是，这种蝶阀在使用过程中仍然存在以下问题。1、由于多层软硬叠式密封圈固定在阀板上，当阀板常开状态时介质对其密封面形成正面冲刷，金属片夹层中的软密封带受冲刷后，直接影响密封性能。 2、受结构条件的限制该结构不适应做通径 DN200 以下阀门，原因是阀板整体结构太厚，流阻大。 3、因三偏心结构的原理，阀板的密封面与阀座之间的密封是靠传动装置的力矩使阀板压向阀座。正流状态时，介质压力越高密封挤压越紧。当流道介质逆流时随着介质压力的增大阀板与阀座之间的单位正压力小于介质压强时，密封开始泄漏。 高性能三偏心双向硬密封蝶阀，其特征在于：所述阀座密封圈由软性 T 形密封环两侧多层不锈钢片组成。阀板与阀座的密封面为斜圆锥结构，在阀板斜圆锥表面堆焊耐温、耐蚀合金材料；固定在调节环压板之间的弹簧与压板上调节螺栓装配一起的结构。开云 开云体育官网这种结构有效地补偿了轴套与阀体之间的公差带及阀杆在介质压力下的弹性变形，解决了阀门在双向互换的介质输送过程中存在的密封问题。 采用软性 T 型两侧多层不锈钢片组成密封圈，具有金属硬密封和软密封的双重优点，无论在低温和高温情况下，均具有零渗漏的密封性能。 当逆流状态时，阀板与阀座之间的密封靠驱动装置的力矩使阀板压向阀座。随着反向介质压力的增大，阀板与阀座之间的单位正压力小于介质压强时，调节环的弹簧在受载后所储存的变形能补偿阀板与阀座密封面的紧压力起到自动补偿作用。因此本实用新型不像现有的技术那样，在阀板上安装软硬多层密封圈，而是直接安装在阀体上，在压板和阀座中间增设调节环是十分理想的双向硬密封方式。它将可取代闸阀、截止阀及球形阀五、密封结构分析（一）低温阀门产生泄漏的原因主要有两种情况，一是内漏；二是外漏。1、阀门产生内漏主要原因是密封副在低温状态下产生变形所致。当介质温度下降到使材料产生相变时造成体积变化，使原本研磨精度很高的密封面产生翘曲变形而造成低温密封不良。我们曾对 DN250 阀门进行低温试验，介质为液氮 (-196)蝶板材料为51Cr18Ni9Ti(没经过低温处理)发现密封面翘曲变形量达 0.12mm 左右，这是造成内漏的主要原因。新研制的蝶阀由平面密封改为锥面密封。阀座是一个斜圆锥椭圆密封面，与嵌装在蝶板上的正圆形弹性密封环组成密封副。密封环可在蝶板槽内径向浮动。当阀门关闭时，弹性密封环首先和椭圆密封面的短轴接触，随着阀杆的转动逐渐将密封环向内推，迫使弹性环再和斜圆锥面的长轴接触，最终导致弹性密封环与椭圆密封面全部接触。它的密封是依靠弹性环产生变形而达到的。因此当阀体或蝶板在低温下产生变形时，都会被弹性密封环来吸收补偿，不会产生泄漏和卡死现象。当阀门打开时这一弹性变形立即消失，在启闭过程中基本没有相对磨擦，故使用寿命长。2、阀门的外漏：其一是阀门与管路采用法兰连接方式时，由于连接垫料、连接螺栓、以及连接件在低温下材料之间收缩不同步产生松弛而导至泄漏。因此我们把阀体与管路的连接方式由法兰连接改为焊接结构，避免了低温泄漏。其二是阀杆与填料处的泄漏。一般多数阀门的填料采用 F4，因为它的自滑性能好、摩擦系数小（对钢的摩擦系数 f=0.050.1)，又具有独特的化学稳定性，因此得到广泛应用。但 F4 也有不足之处，一是冷流倾向大；二是线膨胀系数大，在低温下产生冷缩导致渗漏，造成阀杆处大量结冰，至使阀门开启失灵。为此研制的低温蝶阀采用自缩密封结构即利用 F4 膨胀系数大的特点，通过予留的间隙达到常温、低温都可以密封的目的。六、主要技术参数及采用标准 1、三偏心原理 金属硬密封蝶阀根据结构特点可分为单偏心或双偏心结构：单偏心结构即蝶板轴心偏离密封面，设有力矩预紧作用，摩擦力大，因而很少采用；双偏心结构设计时将轴心偏离密封面形成第一个偏心，轴偏离管路中心线形成第二个偏心，其偏心的目的是使蝶板在开启至大约 20后蝶板密封圈与阀座相脱离以减少摩擦提高使用寿命，适用于正锥面密封。三偏心结构即在双偏心基础上增加第三个偏心即锥面中心线倾斜于通道中心线，这一结构形式即实现了凸轮效应，又完全消除了阀门启闭过程中密封圈与阀座间大约 20的磨损. 2、密封原理 蝶板上弹性密封圈由不锈钢薄板与柔性石墨压合而成，即具有金属的刚性，同时又有迷宫式的密封性，当向阀杆施加扭矩时，密封圈与阀座产生弹性楔块效应，使密封圈发生柔动和径向压缩，从而用最小扭矩实现最严密的切断。 63、特点 a、扭矩弹性密封使阀门实现持久的可靠密封，实现双向零泄漏性能。 b、三偏心结构原理，消除了蝶板在 90旋转过程中密封圈与同座间的摩损。 c、司太立硬表面阀座可适用多种工况使用，寿命长，维修少。 d、金属密封与石墨的耐高温性能，使阀门具有本质火灾安全性。 e、外档圈式防阀杆轴向窜动安全可靠，并且使阀门的启闭位置准确。 f、由于上述的优良性能使得该系列产品可替代闸阀、旋塞阀等其它种类阀门使用，而尺寸和重量却减轻了许多。 g、可以做调节流量装置使用。七、阀杆的设计计算 阀杆设计简图如图 2 所示：图 2 阀杆（一）阀杆强度计算： 阀杆总力矩： = DMjTCM（1）1、密封面摩擦系数： = 24Rhbfq（2）（1）密封比压： q = 5.0min)ax(4Dp（3）其中，设计中给定的参数：密封面最大直径： =187mmmaxD密封面最小直径： =181mmin公称压力：p = 50MPa7将以上数据代入（3）式可以求出密封比压：q = =38.35.0)187(4查实用阀门设计手册 1可得：必须比压： =0.5Mpa MFq许用比压： =150Mpa 比压需要满足条件 ，通过上面的计算，符合设计要求。MFq（2）密封面半径： =0.701R R（4）查文献1可得：蝶板密封面半径:：R=92mm 把 R 代入（4）式可以求得：密封面半径： =0.701R=0.70192=64.5mmR查文献1可得：偏心距离：h=7mm 密封材料摩擦系数： =0.3 Mf密封面接触宽度: b=5将以上数据代入（2）式可得：= =438.364.50.35 = 961.6 NmM24Rhfq2972、轴承摩擦力矩： = CMFdfQ1（5）（1）阀杆轴承载荷： = CpD24（6）其中，设计中给定的参数：蝶板直径：D=184mm 公称压力：p=50MPa 将以上数据代入（6）式得： = = 184 50=1329522NCQpD242查文献1可得：轴承摩擦系数： =0.015 Cf其中，设计中给定的参数：8阀杆直径： =36mm=0.036m Fd将以上数据代入（5）式得： = = 13295220.0150.036=359NmCMFdfQ213、密封填料摩擦力矩： = TMTdfQ21（7）（1）填料的密封比压： = 2q16bp（8）其中，设计中给定的参数：强度试验压力： =75MPa 1p填料宽度： =8mm b将以上数据代入（8）式可得： = =32.2MPa2q8756（2）填料对阀杆作用力： = TQ2qhdF（9）其中，设计中给定的参数：填料深度： =40mm Th阀杆直径： =36mm Fd将以上数据代入（9）式得： = =363.144032.2=145669NTQ2qhT查文献1可得：填料或阀杆直径： =52mm=0.052m Td其中，设计中给定的参数：柔性石墨摩擦系数： =0.06 Tf将以上数据代入（7）式得： = = 1456690.060.052=227NmMdQ214、蝶板静水力矩： = j64D（10）查文献1可得：9水重度： =10-4 3N/m将以上数据代入（10）式得： = = =5.6 NmjM64D4410.38把求出的 ， ， ， 代入得：MCTj= = 961.6+359+227+5.6 = 1553.2 NmDj5、阀杆总输出力矩： = =1553.21.1=1709 Nm01.D通过以上计算可以得到阀杆总输出力矩为 1709 Nm。（二）阀杆的强度校核（1）计算轴径： = d302.NM（11）阀杆总输出力矩： =1709 Nm 0M查文献1可得：阀杆所受的扭转剪切应力： =145MPa N= = =38.9mmd302.N33145.079设计中给定的参数：实际轴径：前轴径 d1=40mm , 后轴径 d2=39mm , 通过上面的计算得到 =38.9mm 小于实际轴径，在设计范围内，符合设计要求。八、阀体的设计计算设计简图如图 3 所示：图 3 阀体10（一）阀体壁厚设计计算：（1）阀体壁厚： = （12）BS2.3NLpDC其中，设计中给定的参数：公称压力：p=1.6MPa 查阀门设计计算手册 2可得：阀体内腔最大直径： =300 mm ND材料的许用拉应力： =62.72 MPa L附加裕量：C = 4.5 mm将以上数据代入（12）式可以求出：= = =7.86 mmBSCpDLN3.25.46172.30查文献2可得 实际阀体壁厚：S=12mm 通过以上计算，可以得出 ，所以符合设计要求。BS九、 销轴的设计计算设计简图如图 4 所示：图 4 销轴（一）销轴剪切强度的设计计算：（1）销轴的计算剪切应力： = 2RdZ（13）阀杆的剪切力：R = FMd其中，设计中给定的参数：浙江工贸职业技术学院毕业设计（论文）课题 名称：多层次金属密封蝶阀（8”D H 943H-300Lb-JS）系 部： 汽机系 专 业： 机电一体化 班 级： 机电 03（1） 姓 名： 吴永坚 学 号： 01 指导教师： 姜明 完成时间 2006 年 4 月 10 日摘 要摘要：阀门是国民经济建设中使用极广泛的一种机械产品。随着我国改革开放、建立社会主义市场经济和开展对外贸易的需要，在石油、天然气、煤炭、冶金和矿石的开采、提炼加工和管道输送系统中；在石油化工、化工产品，医药和食品生产系统中；在水电、火电和核电的电力生产系统中；在城建的给排水、供热和供气系统中；在冶金生产系统中；在船舶、车辆、飞机、航天以及各种运动机械的使用流体系统中；在国防生产以及新技术领域里；在农业排灌系统中都需要大量的阀门新品种。随着工业技术的飞跃发展，对阀门行业提出了更严格的要求，尤其对低温介质中所使用的蝶阀，除了能满足一般阀门所具有的性能之外，更重要的是在低温状态下阀门密封的可靠性，动作的灵活性以及对低温阀门的一些其它特殊要求。随着防腐合成橡胶和聚四氟乙烯的应用，蝶阀的性能得以提高，并满足于不同的工况条件。近十几年来，金属密封蝶阀发展迅速，随着耐高温、耐低温、耐强腐蚀、耐强冲蚀、高强度合金材料在蝶阀中的应用，使金属密封蝶阀在高温、低温、强冲蚀等工况条件下得到广泛的应用，并部分取代了截止阀、闸阀和球阀。关键词：阀门、蝶阀、金属密封蝶阀目 录一、绪言 1二、蝶阀概述和用途 2三、蝶阀在发展过程中形成的分类 2四、蝶阀的现状和发展趋势 3五、密封结构分析 4六、主要技术参数及采用标准 5七、阀杆的设计计算 6（一）阀杆强度计算 6（二）阀杆的强度校核 8八、阀体的设计计算 9九、销轴的设计计算 9十、平键的设计计算10十一、蝶板的设计计算 12十二、填料压盖的设计计算 14十三、总结 16十四、结束语 16附录 17参考文献 21（ 8”DH943H-300Lb-JS ） 制作人：吴永坚指导老师：姜明背景 碟阀 （ Butterfly bamper）是一种历史悠久的阀门，其结构简单、体积小、重量轻、结构长度小。由于介质作用在转轴两侧面积上的力矩可以互相平衡，所以碟阀的驱动力矩小，易于实现快速启闭，且具有良好的流量调节特性。碟阀既可用作切断阀，也可用作调节阀。近年来，随着结构和密封材料的改进，其密封性能也大大提高。Kaiyun App下载 全站由于以上种种优点，碟阀在工业上得到了越来越广泛的应用。 蝶阀 具有结构紧凑、体积小、重量轻、流体阻力小、启闭迅速等一系列优点。但我国一些低温装置如天燃液化设备、空气分离设备以及变压吸附设备等化工行业所采用的阀门有 80%以上是截止阀或闸阀，采用蝶阀的数量很少。分析其原因主要是金属密封蝶阀在低温状况下密封性能不良，以及其它一些因结构不合理等原因造成介质内漏和外漏，严重的影响这些低温设备的安全和正常运行，不能满足低温设备的要求。为适应市场经济发展的需要，对金属密封蝶阀进行结构上的改进，设计出一种三偏心纯金属高密封性能的蝶阀 。设计方案多层次金属密封蝶阀阀杆设计 阀体设计 销轴、平键设计 蝶板设计 填料压盖设计三偏心蝶阀特点 扭矩弹性密封使阀门实现持久的可靠密封，实现双向零泄漏性能。 三偏心结构原理，消除了蝶板在 90 旋转过程中密封圈与阀座间的摩损。 使用寿命长、维修少、 使用压力高 。 金属密封与石墨的耐高温性能，使阀门具有本质火灾安全性。 外档圈式防阀杆轴向窜动安全可靠，并且使阀门的启闭位置准确。 由于上述的优良性能使得该系列产品可替代闸阀、旋塞阀等其它种类阀门使用，而尺寸和重量却减轻了许多。 可以做调节流量装置使用。金属硬密封蝶阀三偏心原理 金属硬密封蝶阀根据结构特点可分为单偏心或双偏心结构：单偏心结构即蝶板轴心偏离密封面，设有力矩预紧作用，摩擦力大，因而很少采用；双偏心结构设计时将轴心偏离密封面形成第一个偏心，轴偏离管路中心线形成第二个偏心，其偏心的目的是使蝶板在开启至大约 20 后蝶板密封圈与阀座相脱离以减少摩擦提高使用寿命，适用于正锥面密封。三偏心结构即在双偏心基础上增加第三个偏心即锥面中心线倾斜于通道中心线，这一结构形式即实现了凸轮效应，又完全消除了阀门启闭过程中密封圈与阀座间大约 20 的磨损 . 三偏心蝶阀密封原理 三偏心金属硬密封蝶阀，阀体和阀座为连体构件，阀座密封表面层堆焊耐温、耐蚀合金材料。多层软叠式密封圈固定在阀板上，这种蝶阀与传统蝶阀相比具有耐高温，操作轻便，启闭无磨擦，关闭时随着传动机构的力矩增大来补偿密封，提高了蝶阀的密封性能及延长使用寿命 蝶板上弹性密封圈由不锈钢薄板与柔性石墨压合而成，即具有金属的刚性，同时又有迷宫式的密封性，当向阀杆施加扭矩时，密封圈与阀座产生弹性楔块效应，使密封圈发生柔动和径向压缩，从而用最小扭矩实现最严密的切断。 结构特征阀板回转中心 (即阀门轴中心 )与阀板密封面形成一个尺寸 a偏置，并与阀体中心线形成一个 b偏置；阀体密封面中心线与阀座中心线 (即阀体中心线 )形成一个角度为 的角偏置 密封原理由于在双偏心密封蝶阀的基础上，将阀座中心线再与阀体中心线形成一个 角偏置，其偏置后的结果由图 1的 A-A剖视图可见，当三偏心密封蝶阀处于完全开启状态时，其阀板密封面会完全脱离阀座密封面，并且在阀板密封面与阀体密封面之间形成一个与双偏心密封蝶阀相同的间隙 y，而由图 2可见，由于 角偏置的形成会使长、短半径转动的阀板大、小半圆上，阀板密封面转动轨迹的切线与阀座密封面形成一个 角和 2 角。使阀板启闭时阀板密封面相对于阀座密封面渐出脱离和渐入压紧，从而彻底消除了阀板启闭时蝶阀密封副两密封面之间的机械磨损和擦伤。 该类蝶阀从 O 90 开启时，阀板的密封面会在开启的瞬间立即脱离阀座密封面，在其 90 O 关闭时，只有在关闭的瞬间，其阀板密封面才会接触并压紧阀座密封面。 由图 2可见，由于 1 、 2 角的形成，使蝶阀关闭时，其密封副两密封面之间的密封比压可以由常规蝶阀的阀座弹性产生改为外加于阀门轴的驱动转矩产生，不仅消除了常规蝶阀中弹性阀座弹性材料老化、冷流、弹性失效等因素造成的密封副两密封面之间的密封比压降低和消失，而且可以通过对外加驱动转矩的改变实现对其密封比压的任意调整，从而使三偏心密封蝶阀的密封性能和使用寿命得到大大的提高。 密封副密封性能失效的主要原因：介质对密封副两密封面的气蚀、冲蚀。 阀 杆 的设 计 阀杆的设计主要在于阀杆强度的设计和阀杆强度的校核 阀杆总力矩：表示密封面摩擦力矩 表示轴承摩擦力矩 表示密封填料摩擦力矩 表示蝶板静水力矩 阀杆总输出力矩： 阀杆需镀铬、镀镍磷或经氮化处理，以提高阀杆表面硬度，防止阀杆与填料、填料压套（压盖）相互咬死，损坏密封填料，造成填料函泄漏。

　　浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系毕业设计（论文）任务书课题名称：多层次金属密封蝶阀（8”D943H-300Lb-JS）专 业： 机电一体化 班 级： 机电 03（1） 姓 名： 吴永坚 学 号： 01 指导教师： 姜明 2006 年 3 月 5 日浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系毕业设计（论文）任务书1、课题内容与要求碟阀是一种历史悠久的阀门，其 结构简单、体 积小、重量轻、结构长度小。由于介质作用在转轴两侧面积上的力矩可以互相平衡，所以碟阀的驱动力矩小，易于实现快速启闭，且具有良好的流量调节特性。碟阀既可用作切断阀，也可用作调节阀。近年来，随着结构和密封材料的改进，其密封性能也大大提高。由于以上种种优点，开云 开云体育官网碟阀在工业上得到了越来越广泛的 应用。设计要求：设计一台满足下列条件的阀门：1. 结构形式：多层次蝶阀2. 工作温度：-29～260℃ ；3. 适用介质：水、油、混合气体；4. 公称压力：300bL；5. 公称通径：8“；6. 连接形式：法兰连接；7. 驱动形式：电动；8. 制造技术要求按 ASME B16.34-1996 的规定；9. 法兰连接尺寸按 ASME B16.5a-1992 的规定；10. 结构长度尺寸按 API 609-1997 的规定。2、课题参考文献1.《阀门设计计算手册》3、课题任务进度安排第 3-4 周 开题报告。第 5-6 周 阀杆与阀体的设计与校核。第 7 周 销轴、平键、碟板和填料压盖的设计与校核。第 8 周 绘制总装图及重要零件图。第 9 周 编写设计说明书。第 10 周 毕业答辩。教研室主任意见： 教研室主任（签名）：年 月 日浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系毕业设计（论文）开题报告课题名称：多层次金属密封蝶阀（8”D943H-300Lb-JS） 专 业： 机电一体化 班 级： 机电 03（1） 姓 名： 吴 永 坚 学 号： 01 指导教师： 姜明 2006 年 3 月 17 日浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系毕业设计开题报告1、课题研究的现状和意义1、 特 殊 设 计 的 蝶 板 密 封 圈 ， 具 有 金 属 密 封 和 弹 性 密 封 的 双 重 优 点 ， 无 论 在 高 温 或低 温 情 况 下 ， 均 具 有 优 良 的 密 封 性 能 。2、 采 用 流 阻 小 、 密 封 可 靠 的 斜 置 锥 形 阀 座 ， 及 三 维 偏 心 结 构 ， 阀 座 与 蝶 板 几 乎 无摩 擦 ， 具 有 越 关 越 紧 的 密 封 功 能 。3、 更 换 阀 体 材 质 ， 采 用 不 同 密 封 圈 复 合 夹 层 可 适 用 不 同 介 质 。4、 操 作 灵 活 、 省 力 、 方 便 、 寿 命 长 、 零 泄 漏 。5、 耐 高 温 、 耐 腐 蚀 。主 要 适 用 于 石 油 、 化 工 、 电 力 、 冶 金 及 城 市 供 热 系 统 管 路 上 ， 作 为 调 节 和 截 流设 备 使 用 。2、课题要解决的问题或研究的基本内容1. 阀杆的设计。2. 阀体的设计。3. 销轴、平键、蝶板、填料压盖的选择。3、课题研究拟采用的手段和工作路线课题研究拟采用的手段为：查表、手工计算。工作路线：阀杆阀体 销轴平键 蝶板填料压盖。4、课题研究进程计划第 3-4 周 上交开题报告第 5-6 周 阀杆与阀体的设计与校核。第 7 周 销轴、平键、碟板和填料压盖的设计与校核。第 8 周 绘制总装图及重要零件图。第 9 周 编写设计说明书。第 10 周 答辩。5、课题成果论文√ 图纸√ 产品或作品□ 应用程序□其它：指导教师意见： 指导教师（签名）：年 月 日教研室主任意见： 教研室主任（签名）：年 月 日1一、 绪言碟阀（Butterfly bamper）是一种历史悠久的阀门，其结构简单、体积小、重量轻、结构长度小。由于介质作用在转轴两侧面积上的力矩可以互相平衡，所以碟阀的驱动力矩小，易于实现快速启闭，且具有良好的流量调节特性。碟阀既可用作切断阀，也可用作调节阀。近年来，随着结构和密封材料的改进，其密封性能也大大提高。由于以上种种优点，碟阀在工业上得到了越来越广泛的应用。蝶阀具有结构紧凑、体积小、重量轻（与相同压力，相同通径的闸阀相比可减轻40%～50%）流体阻力小、启闭迅速等一系列优点。但我国一些低温装置如天燃液化设备、开云 开云体育官网空气分离设备以及变压吸附设备等化工行业所采用的阀门有 80%以上是截止阀或闸阀，采用蝶阀的数量很少。分析其原因主要是金属密封蝶阀在低温状况下密封性能不良，以及其它一些因结构不合理等原因造成介质内漏和外漏，严重的影响这些低温设备的安全和正常运行，不能满足低温设备的要求。根据我国低温装置的不断发展，对低温阀门的要求日益增大，为适应市场经济发展的需要，对金属密封蝶阀进行结构上的改进，研制出一种三偏心纯金属高密封性能的蝶阀。（如图 1 所示）图 1 三偏心蝶阀2设计要求：设计一台满足下列条件的阀门：1. 结构形式：多层次蝶阀2. 工作温度：-29～260℃ ；3. 适用介质：水、油、混合气体；4. 公称压力：300bL；5. 公称通径：8“；6. 连接形式：法兰连接；7. 驱动形式：电动；8. 制造技术要求按 ASME B16.34-1996 的规定；9. 法兰连接尺寸按 ASME B16.5a-1992 的规定；10. 结构长度尺寸按 API 609-1997 的规定。二、蝶阀概述和用途 金属硬密封三偏心蝶阀是一种高性能蝶阀产品。其主要特点是双向密封零泄漏，启闭力矩小，使用寿命长。这种阀门的安装、操作、维护十分方便，开云体育 kaiyun.com 官网入口为最大限度满足工况需求，阀门的驱动装置可进行多种配置：电动、气动、蜗轮传动等，如今该系列产品已被石油、化工、电厂、炼厂、城市供热管网以及给排水系统等行业管路系统中作启闭和调节装置而广泛使用。 本产品主体材料采用 WCB、CF8 、CF8M 等；阀座密封面堆焊司太力硬质合金或不锈钢制造，蝶板密封面为不锈钢/石墨（或橡胶石棉板）层压结构，用于工作温度 350～650℃以下工况，介质为水、气体、蒸汽、油品、酸碱以及含颗粒性流体等。三、蝶阀在发展过程中形成的分类1、同心蝶阀该种蝶阀的结构特征为阀杆轴心、蝶板中心、本体中心在同一位置上。结构简单、制造方便。常见的衬胶蝶阀即属于此类。缺点是由于蝶板与阀座始终处于挤压、刮擦状态、阻距大、磨损快。为克服挤压、刮擦、保证密封性能、阀座基本上采用橡胶或聚四氟乙烯等弹性材料、但也因而在使用上受到温度的限制、这就是为什么传统上人们认为蝶阀不耐高温的原因。32、单偏心蝶阀 为解决同心蝶阀的蝶板与阀座的挤压问题、由此产生了单偏心蝶阀、其结构特征为阀杆轴心偏离了蝶板中心、从而使蝶板上下端不再成为回转轴心、分散、减轻了蝶板上下端与阀座的过度挤压。但由于单偏心构造在阀门的整个开关过程中蝶板与阀座的刮擦现象并未消失、在应用范围上和同心蝶阀大同小异、故采用不多。 3、双偏心蝶阀 在单偏心蝶阀的基础上进一步改良成型的就是目前应用最广泛的双偏心蝶阀。其结构特征为在阀杆轴心既偏离蝶板中心、也偏离本体中心。双偏心的效果使阀门被开启后蝶板能迅即脱离阀座、大幅度地消除了蝶板与阀座的不必要的过度挤压、刮擦现象、减轻了开启阻距、降低了磨损、提高了阀座寿命。刮擦的大幅度降低、同时还使得双偏心蝶阀也可以采用金属阀座、提高了蝶阀在高温领域的应用。但因为其密封原理属位置密封构造、即蝶板与阀座的密封面为线接触、通过蝶板挤压阀座所造成的弹性变形产生密封效果、故对关闭位置要求很高（特别是金属阀座） 、承压能力低、这就是为什么传统上人们认为蝶阀不耐高压、泄漏量大的原因。 4、三偏心蝶阀 要耐高温、必须使用硬密封、但泄漏量大；要零泄漏、必须使用软密封、却不耐高温。为克服双偏心蝶阀这一矛盾、又对蝶阀进行了第三次偏心。其结构特征为在双偏心的阀杆轴心位置偏心的同时、使蝶板密封面的圆锥型轴线偏斜于本体圆柱轴线、也就是说、经过第三次偏心后、蝶板的密封断面不再是真圆、而是椭圆、其密封面形状也因此而不对称、一边倾斜于本体中心线、另一边则平行于本体中心线。 这第三次偏心的最大特点就是从根本上改变了密封构造、不再是位置密封、而是扭力密封、即不是依靠阀座的弹性变形、而是完全依靠阀座的接触面压来达到密封效果、因此一举解决了金属阀座零泄漏这一难题、并因接触面压与介质压力是成正比的、耐高压高温也迎刃而解。四、蝶阀的现状和发展趋势三偏心金属硬密封蝶阀高寿命密封好，目前,蝶阀作为一种用来实现管路系统通断及流量控制的部件,已在石油、化工、冶金、水电等许多领域中得到极为广泛地应用。开云体育 kaiyun.com 官网入口在已公知的蝶阀技术中，其密封形式多采用密封结构，密封材料为橡胶、聚四氟乙烯等。由于结构特征的限制，不适应耐高温、高压及耐腐蚀、抗磨损等行业。4现有一种比较先进的蝶阀是三偏心金属硬密封蝶阀，阀体和阀座为连体构件，阀座密封表面层堆焊耐温、耐蚀合金材料。多层软叠式密封圈固定在阀板上，这种蝶阀与传统蝶阀相比具有耐高温，操作轻便，启闭无磨擦，关闭时随着传动机构的力矩增大来补偿密封，提高了蝶阀的密封性能及延长使用寿命的优点。但是，这种蝶阀在使用过程中仍然存在以下问题。1、由于多层软硬叠式密封圈固定在阀板上，当阀板常开状态时介质对其密封面形成正面冲刷，金属片夹层中的软密封带受冲刷后，直接影响密封性能。 2、受结构条件的限制该结构不适应做通径 DN200 以下阀门，原因是阀板整体结构太厚，流阻大。 3、因三偏心结构的原理，阀板的密封面与阀座之间的密封是靠传动装置的力矩使阀板压向阀座。正流状态时，介质压力越高密封挤压越紧。当流道介质逆流时随着介质压力的增大阀板与阀座之间的单位正压力小于介质压强时，密封开始泄漏。 高性能三偏心双向硬密封蝶阀，其特征在于：所述阀座密封圈由软性 T 形密封环两侧多层不锈钢片组成。阀板与阀座的密封面为斜圆锥结构，在阀板斜圆锥表面堆焊耐温、耐蚀合金材料；固定在调节环压板之间的弹簧与压板上调节螺栓装配一起的结构。这种结构有效地补偿了轴套与阀体之间的公差带及阀杆在介质压力下的弹性变形，解决了阀门在双向互换的介质输送过程中存在的密封问题。 采用软性 T 型两侧多层不锈钢片组成密封圈，具有金属硬密封和软密封的双重优点，无论在低温和高温情况下，均具有零渗漏的密封性能。 当逆流状态时，阀板与阀座之间的密封靠驱动装置的力矩使阀板压向阀座。随着反向介质压力的增大，阀板与阀座之间的单位正压力小于介质压强时，调节环的弹簧在受载后所储存的变形能补偿阀板与阀座密封面的紧压力起到自动补偿作用。因此本实用新型不像现有的技术那样，在阀板上安装软硬多层密封圈，而是直接安装在阀体上，在压板和阀座中间增设调节环是十分理想的双向硬密封方式。它将可取代闸阀、截止阀及球形阀五、密封结构分析（一）低温阀门产生泄漏的原因主要有两种情况，一是内漏；二是外漏。1、阀门产生内漏主要原因是密封副在低温状态下产生变形所致。当介质温度下降到使材料产生相变时造成体积变化，使原本研磨精度很高的密封面产生翘曲变形而造成低温密封不良。我们曾对 DN250 阀门进行低温试验，介质为液氮 (-196℃)蝶板材料为51Cr18Ni9Ti(没经过低温处理)发现密封面翘曲变形量达 0.12mm 左右，这是造成内漏的主要原因。新研制的蝶阀由平面密封改为锥面密封。阀座是一个斜圆锥椭圆密封面，与嵌装在蝶板上的正圆形弹性密封环组成密封副。密封环可在蝶板槽内径向浮动。当阀门关闭时，弹性密封环首先和椭圆密封面的短轴接触，随着阀杆的转动逐渐将密封环向内推，迫使弹性环再和斜圆锥面的长轴接触，最终导致弹性密封环与椭圆密封面全部接触。它的密封是依靠弹性环产生变形而达到的。因此当阀体或蝶板在低温下产生变形时，都会被弹性密封环来吸收补偿，不会产生泄漏和卡死现象。当阀门打开时这一弹性变形立即消失，在启闭过程中基本没有相对磨擦，故使用寿命长。2、阀门的外漏：其一是阀门与管路采用法兰连接方式时，由于连接垫料、连接螺栓、以及连接件在低温下材料之间收缩不同步产生松弛而导至泄漏。因此我们把阀体与管路的连接方式由法兰连接改为焊接结构，避免了低温泄漏。其二是阀杆与填料处的泄漏。一般多数阀门的填料采用 F4，因为它的自滑性能好、摩擦系数小（对钢的摩擦系数 f=0.05～0.1)，又具有独特的化学稳定性，因此得到广泛应用。但 F4 也有不足之处，一是冷流倾向大；二是线膨胀系数大，在低温下产生冷缩导致渗漏，造成阀杆处大量结冰，至使阀门开启失灵。为此研制的低温蝶阀采用自缩密封结构即利用 F4 膨胀系数大的特点，通过予留的间隙达到常温、低温都可以密封的目的。六、主要技术参数及采用标准 1、三偏心原理 金属硬密封蝶阀根据结构特点可分为单偏心或双偏心结构：单偏心结构即蝶板轴心偏离密封面，设有力矩预紧作用，摩擦力大，因而很少采用；双偏心结构设计时将轴心偏离密封面形成第一个偏心，轴偏离管路中心线形成第二个偏心，其偏心的目的是使蝶板在开启至大约 20°后蝶板密封圈与阀座相脱离以减少摩擦提高使用寿命，适用于正锥面密封。三偏心结构即在双偏心基础上增加第三个偏心即锥面中心线倾斜于通道中心线，这一结构形式即实现了凸轮效应，又完全消除了阀门启闭过程中密封圈与阀座间大约 20°的磨损. 2、密封原理 蝶板上弹性密封圈由不锈钢薄板与柔性石墨压合而成，即具有金属的刚性，同时又有迷宫式的密封性，开云体育 kaiyun.com 官网入口当向阀杆施加扭矩时，密封圈与阀座产生弹性楔块效应，使密封圈发生柔动和径向压缩，从而用最小扭矩实现最严密的切断。 63、特点 a、扭矩弹性密封使阀门实现持久的可靠密封，实现双向零泄漏性能。 b、三偏心结构原理，消除了蝶板在 90°旋转过程中密封圈与同座间的摩损。 c、司太立硬表面阀座可适用多种工况使用，寿命长，维修少。 d、金属密封与石墨的耐高温性能，使阀门具有本质火灾安全性。 e、外档圈式防阀杆轴向窜动安全可靠，并且使阀门的启闭位置准确。 f、由于上述的优良性能使得该系列产品可替代闸阀、旋塞阀等其它种类阀门使用，而尺寸和重量却减轻了许多。 g、可以做调节流量装置使用。七、阀杆的设计计算 阀杆设计简图如图 2 所示：图 2 阀杆（一）阀杆强度计算： 阀杆总力矩： = DMjTCM（1）1、密封面摩擦系数： = 24Rhbfq（2）（1）密封比压： q = 5.0min)ax(4Dp（3）其中，设计中给定的参数：密封面最大直径： =187mmmaxD密封面最小直径： =181mmin公称压力：p = 50MPa7将以上数据代入（3）式可以求出密封比压：q = =38.35.0)187(4查《实用阀门设计手册》 [1]可得：必须比压： =0.5Mpa MFq许用比压： =150Mpa ][比压需要满足条件

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