通過Solidworks 軟件對高流量雙向密封三偏心真空蝶閥進行整體建模，論述了高流量雙向密封三偏心真空蝶閥的結(jié)構(gòu)特點。運用COSMOS 及COSMOSFLOWWORKS 分析了蝶閥承壓部件應(yīng)力，并對不同開度下的流場進行模擬，為繪制流量特性曲線及求解不同開度下的Kv 值提供了可靠的參數(shù)。

1、概述

　　真空蝶閥安裝于鋼制管道系統(tǒng)中，該管道系統(tǒng)包括排汽管道、配汽管道、抽真空管道和凝結(jié)水管道等。蒸汽經(jīng)過排汽管道從汽機進入空冷凝汽器，冷凝水經(jīng)過凝結(jié)水管道進入凝結(jié)水箱，不凝氣體經(jīng)過抽真空管道進入真空泵。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計及技術(shù)特點

　　高流量雙向密封三偏心真空蝶閥( 圖1) 采用三偏心密封結(jié)構(gòu)，閥座密封表面層堆焊耐溫、耐蝕合金材料。閥門密封圈鑲嵌在蝶板上，可更換。

圖1 真空蝶閥實體建模

　　(1) 雙向密封三偏心蝶閥性能穩(wěn)定可靠，在閥門的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和尺寸滿足條件時，閥門可長期安全穩(wěn)定運行。

　　(2) 閥座與蝶板之間的密封面抗磨損和耐腐蝕性能好，閥門能長期保持在良好密封的工作狀態(tài)。

　　(3) 軸套采用自潤滑軸承。

　　(4) 蝶閥采取電動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動，性能穩(wěn)定可靠。

　　(5) 蝶板采用偏心錐形閥座面，使蝶板在擺起瞬間脫離閥座的接觸，減少了密封面磨損。

　　(6) 偏心錐形式密封面的結(jié)構(gòu)使閥門關(guān)閉后形成可靠的面密封，提高了閥門的密封性能。

　　(7) 密封副采用密封比壓補償結(jié)構(gòu)( 圖2) ，實現(xiàn)閥門的雙向密封。

　　1.閥體　2.蝶板密封圈　3.蝶板

　　圖2 密封副的密封比壓補償結(jié)構(gòu)

　　(8) 選用RPTFE 作為蝶板密封圈，閥體閥座采用自動噴焊鐵基不銹鋼材料，硬度35 ～ 38HRC，實現(xiàn)可靠密封。

　　(9) 蝶板采用斜拉筋板桁架式設(shè)計( 圖3) ，采取雙短軸驅(qū)動結(jié)構(gòu)使其具有過流面積大，流阻小，強度高，承載能力強，剛性好等特性。

　　圖3 斜拉筋板桁架式設(shè)計

　　(10) 采用雙向?qū)﹂_卡環(huán)軸向限位( 圖4) ，限制蝶板在閥體中的位置。

(a) 上對開卡環(huán) (b) 下對開卡環(huán)

圖4 雙向?qū)﹂_卡環(huán)限位結(jié)構(gòu)

　　(11) 選擇合理的密封副結(jié)構(gòu)，減小偏心力矩，保證理想的反向密封效果。

　　(12) 閥桿密封采用上下金屬壓環(huán)和金屬環(huán)將PTFE 成型V 形填料分成兩組的結(jié)構(gòu)形式，V 形填料可通過填料壓蓋上的螺栓從外部進行調(diào)整( 圖5) 。金屬環(huán)通過外部油杯將密封油脂注入V 形填料作為輔助密封。填料壓蓋采用加載機構(gòu)，自動保證V 形填料的壓緊力度，長期使用密封效果好。

圖5 閥桿密封

3、CAE、CFD 分析

　　三偏心真空蝶閥采用斜拉桁架組焊結(jié)構(gòu)形式。應(yīng)用cosmosworks 軟件對蝶板進行有限元分析，求解出蝶板在受壓情況下的應(yīng)力分布及變形情況( 圖6、圖7) ，以對其進行優(yōu)化設(shè)計。

圖6 蝶板應(yīng)力分布

圖7 蝶板變形量

　　通過對蝶板的有限邊界條件設(shè)定及網(wǎng)格劃分，應(yīng)用cosmosworks 對蝶板載荷加載并對其結(jié)構(gòu)進行分析，確定蝶板最大應(yīng)力為80. 73MPa，最大變形量為0. 115mm，滿足設(shè)計要求及工況的使用。

圖8 蝶板開啟30°時壓力分布

圖9 蝶板開啟60°時壓力分布

圖10 蝶板開啟90°時壓力分布

4、流場分析

　　應(yīng)用Flowworks 對閥門不同開度時的壓力分布進行模擬，觀察不同開度下蝶閥的內(nèi)部流體壓力變化情況( 圖8 ～ 圖10) 和流通性能，為真空蝶閥流阻系數(shù)的測定及內(nèi)部特性曲線的繪制提供相關(guān)數(shù)據(jù)。

5、結(jié)語

　　通過采用先進的設(shè)計手段進行模擬和仿真，對真空蝶閥的設(shè)計方案進行整機設(shè)計、密封設(shè)計、真空度保證設(shè)計以及流阻系數(shù)等方面的驗證，結(jié)合設(shè)計制造成功經(jīng)驗，確定蝶閥的設(shè)計方案能滿足產(chǎn)品的使用要求。

參考文獻

　　〔1〕楊源泉. 閥門設(shè)計手冊〔M〕. 北京: 機械工業(yè)出版社，1992.
　　〔2〕陸培文. 實用閥門設(shè)計手冊〔M〕. 北京: 機械工業(yè)出版社，2002.