正圆截面三偏心蝶阀的设计方法与流程

本发明涉及三偏心蝶阀技术领域，具体涉及一种正圆截面三偏心蝶阀的设计方法。

背景技术：

蝶阀是指盘形阀板(蝶板)围绕阀杆旋转来达到开启与关闭的一种阀门，在管道上主要起截断和节流的作用，在工程中应用非常广泛。传统的中线蝶阀经多次改进，相继发展了单偏心(轴向偏心)、双偏心(轴向偏心、径向偏心)、三偏心(轴向偏心、径向偏心、角偏心)蝶阀。三偏心蝶阀阀板密封面相对于阀座密封面渐出脱离和渐入压紧，从而在打开和关闭的整个过程中，达到了减小摩擦的目的。

公知的三偏心蝶阀阀座/阀板采用内/外圆锥面密封副，流道中心线垂截面为椭圆。其一，装配工艺性差。其二，椭圆截面长短轴变形不协调。专利号“2014102518195”中公布了一种正圆密封面的蝶阀，其密封面是斜置椭圆锥体的一部分，可以克服上述问题。但三偏心蝶阀参数选择难度大，易出现干涉，而该专利没有涉及相应的设计方法。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供一种用于减小摩擦及克服干涉问题的正圆截面三偏心蝶阀的设计方法。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种正圆截面三偏心蝶阀，包括阀座、阀板及转轴，所述阀座采用内椭圆锥面构成静密封面，所述阀板采用外椭圆锥面构成动密封面，所述转轴与所述阀板偏心连接，通过所述静密封面与所述动密封面的配合实现密封，阀座/阀板上所有垂直于流道中心线的截面为正圆。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，所述动密封面与所述静密封面组成一对硬密封副。

一种正圆截面三偏心蝶阀的设计方法，包括：

ⅰ)建立直角坐标系

建立直角坐标系,以阀板中性面为yoz面、竖直方向为y轴、流道中心线为x轴、阀板中性面与流道中心线的交点为o点；

ⅱ)确定阀板上、下接触线的直线方程

直线ab的方程

直线am的方程

其中，沿xy面剖切阀板得到上接触线最高点b、下接触线最低点m点，上、下接触线的延长线相较于a点，直线ab为上接触线所在直线，直线am为下接触线所在直线，d为中性面直径，锥角∠bam＝2θ，为偏心角；

ⅲ)确定阀板外表面的曲面方程

阀板上所有垂直于流道中心线的截面都是正圆，所述正圆的圆心在直线oa上，确定阀板上任意一个垂直于流道中心线的正圆截面半径基于以上得到阀板外表面的曲面方程为：

式中，e为阀板厚度。

本发明还可以是：

一种检验正圆截面三偏心蝶阀干涉的方法，包括：

将阀板离散为平行xoy平面的m个截面，再将截面上的两条接触线分别离散为n个点，其中第i个点到回转中心的距离该截面不发生干涉的充要条件是di＜di+1(1≤i＜n)，其中，e为径向偏心距，c为轴向偏心距离。

根据本发明的一个实施方案，由

及曲面方程

得到

将(xi,yi)代入公式

即可确定接触线上任意一点到回转中心h的距离，其中，夹角∠oaf＝α，f为a点垂直于阀板中性面的点，wj为截面到xoy平面的距离。

根据本发明的一个实施方案，通过最大化建立正圆截面无干涉三偏心蝶阀优化设计的数学模型，其模型为：

其中，dr表示转轴直径，fm表示摩擦系数。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种正圆截面三偏心蝶阀及其设计与干涉检验方法，1)在打开和关闭的整个过程中，减小了摩擦；2)便于三偏心蝶阀的设计，及参数的选择和优化；3)可以方便对三偏心蝶阀干涉的检验，克服了现有技术中易出现干涉的问题。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1为根据本发明一个实施例的正圆截面三偏心蝶阀的结构示意图。

图2a为根据本发明一个实施例的阀板的剖面示意图。

图2b为根据本发明一个实施例的阀板的正面示意图。

图3a为根据本发明另一个实施例的阀板的侧面示意图。

图3b为根据本发明另一个实施例的阀板的正面示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－转轴，2－阀板，3－阀座。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，图1示出了根据本发明一个实施例的正圆截面三偏心蝶阀的结构，一种正圆截面三偏心蝶阀，包括阀座3、阀板2及转轴1，所述阀座3采用内椭圆锥面构成静密封面，所述阀板2采用外椭圆锥面构成动密封面，所述转轴1与所述阀板偏心连接，动密封面与所述静密封面组成一对硬密封副，通过所述静密封面与所述动密封面的配合实现密封，阀座3/阀板2上所有垂直于流道中心线的截面为正圆。

如图2a和图2b所示，一种正圆截面三偏心蝶阀的设计方法，包括：

建立直角坐标系,以阀板中性面为yoz面、竖直方向为y轴、流道中心线为x轴、阀板中性面与流道中心线的交点为o点；

过流道中心且垂直于阀板的截面，其中，c为轴向偏心距离，即回转中心h到阀板中性面的距离，e为径向偏心距离，即回转中心h到流道中心线的距离，为偏心角，即椭圆锥面轴线与流道中心线之间的角度。锥角∠bam＝2θ，阀板厚度为e，阀板中性面直径为d。

阀板上所有垂直于流道中心线的截面都是正圆，这些正圆的圆心在直线oa上。令夹角∠oaf＝α，则由α、直线ab的方程与直线ac的方程确定阀板上任意一个垂直于流道中心线的正圆截面半径因此，阀板外表面的曲面方程为：

式中，

根据阀板的开启运动过程，提出一种干涉检验涉方法，具体地：

将阀板离散为平行xoy平面的m个截面，再将截面上的两条接触线分别离散为n个点，其中第i个点到回转中心的距离该截面不发生干涉的充要条件是di＜di+1(1≤i＜n)。

如图3a和图3b所示，本发明提出的设计方法将上述充要条件转化为优化设计问题，其特点一在于：由及曲面方程得到将(xi,yi)代入公式即可确定接触线上任意一点到回转中心h的距离，其中，夹角∠oaf＝α，f为a点垂直于阀板中性面的点，wj为截面到xoy平面的距离。

其特点二在于：通过最大化可实现无干涉，提高密封比压，减小摩擦的优化目标。结合设计变量c、e、θ实际情况的统筹考虑，建立正圆截面无干涉三偏心蝶阀优化设计的数学模型，其模型为：

其中，dr表示转轴直径，fm表示摩擦系数。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。