CN101839348A - 转动阀板偏心距选取方法及双偏心蝶阀 - Google Patents

Abstract

本发明是对转动阀板阀偏心距选取方法的改进，尤其涉及关闭时无过盈摩擦的偏心距选取方法，其特征是偏心距选取按权利要求1几何作图选取或公式法计算确定。本发明偏心距确定方法，较现有技术大大增加了偏心距离，通常至少增加2倍以上，大的偏心距使得阀板转动关闭/开启过程中，阀板上所有密封点都是以无限逼近方式压向阀座，不存在阀板过盈，从根本上克服了现有技术转动阀板偏心距过小的缺点。阀板关闭后通过增加扭力提高了阀板闭合性，上下两半轴间设置有一定位撑杆，可以使下半轴从上向下安装，简化了阀板安装。

Description

转动阀板偏心距选取方法及双偏心蝶阀

技术领域

本发明涉及一种转动阀板例如蝶阀关闭时无过盈摩擦偏心距选取方法，以及采用此方法确定偏心距的双偏心蝶阀。

背景技术

阀板转动启/闭阀，例如蝶阀(偏心较小)、摆阀(偏心稍远)、轴阀(偏心无穷远)，一种常用采用双偏心转轴，以减少关闭时阀板对阀圈的摩擦。现有双偏心蝶阀偏心距选取因方式不同通常较小，例如通径3吋蝶阀偏心距e通常只有2mm左右，5-6吋：e＝3mm；8-12吋：e＝4mm；400mm-600mm：e＝5-6mm。阀板转动偏心距偏小在转动关闭/开启时，阀板密封面会与阀圈产生过盈摩擦，缩短了有效使用寿命；其次，因存在过盈摩擦，目前大都采用软密封阀圈、弹性或浮动金属圈硬密封(例如U、O、C型)。软密封阀圈不仅不耐高温，不能用于高温(≥300℃)场合，例如高温水、过热蒸汽和热风管道中使用，而且耐某些介质能力差，应用受到限制；金属弹性密封圈虽然能够耐高温，以满足在高压、高温场合使用，但因仍然存在过盈摩擦，摩擦造成寿命短的缺陷没有得到克服，同时也增加制造麻烦。再就是，偏心距偏小也会造成关闭后密封周面各点压力不均匀，关闭性不够好，也是造成密合性差、易泄漏的一个原因。

虽然人们通过种种努力，试图克服现有蝶阀由于偏心距偏小带来的不足，但仍然只是量的改进，都没有从根本上解决偏心距过小带来的过盈挤擦缺点。

其次，现有蝶阀转动手柄上锁定销为无偏心直销，此结构仅能起到关闭后的锁定作用，而缺少关闭时阀板对阀圈的压力，也是使用中导致泄漏，特别是存在压力下泄漏的又一原因。

再就是，为尽可能少影响流量，阀板转轴通常采用上下两段半轴结构。阀板安装时，下半轴是由下方向上安装至蝶板下轴孔，并依靠轴孔台阶或盲孔形成轴向限位，限制其向上窜动。但下半轴从下方向上安装，易造成阀板往壳体安装的不便。

阀板转动启/闭阀的上述不足仍有值得改进的地方。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种阀板关闭与阀圈为无限靠近压紧，关闭/开启时不存在过盈摩擦，对阀板密封面无特殊要求的转动阀板偏心距选取方法。

本发明另一目的在于提供一种通过上述偏心距选取方法确定偏心距的双偏心蝶阀。

本发明第一目的实现，主要改进是采用几何作图和/或数学公式计算确定偏心距，并不需对阀板作任何改动，可以保留阀板密封面简单形状——正锥面或球面，从而克服现有技术的不足，实现本发明目的。具体说，本发明转动阀板偏心距选取方法，其特征在于转动阀板旋转轴偏心距分别按几何作图或公式计算确定：

几何作图选取：取垂直于转轴过园形阀板中轴线的剖面(厚度面)，并以该剖面上密封线的四个顶点构成等腰梯形，从该梯形对角分别作腰的垂线得到交点P，该剖面上角垂线的上方区域和下角垂线的下方区域的交集区域B，为偏心距选取点范围，其中两垂线交点P为最小偏心距位置；

公式法计算确定：

最小左右偏心距e(即OP)：e＝d/sin2a；

前后偏心距h按锥面和球面分别确定：锥面密封前后偏心距h₁＝L*tga+d/2+r*(1-sina)；球面密封前后偏心距h₂＝L*tga+d/2+r*(1-sinb)，球面密封半径R＝√[(L*tga+d/2)²+(L-tga*d/2)²]，b＝arc tg[(L*tga+d/2)/(L-tga*d/2)]；

式中，d为阀板密封厚度(作图梯形高)，a为梯形半锥角，L为1/2梯形腰的中点连线，r为阀板剖面顶角倒圆角半径(r可小至零)。

本发明中：

阀板密封面厚度确定，同现有技术根据阀板承压能力等因素确定，例如阀板密封面厚度确定，应考虑阀板防止翻转的过盈量，以防止阀板翻转，对于软密封确定过盈量要大于硬密封。一种较好为确保高的密封效果及防止翻转，阀板密封面厚度d最好大于阀圈密封面厚度t，即d≥t。例如通径3吋(80mm)蝶阀，硬密封可取t＝1.5-2.5mm，d＝5.5mm，r＝0-1.5mm.。

O点为梯形腰的垂直平分线与阀板中心轴线的交点，也可称为梯形四点共圆的圆心。

本发明双偏心蝶阀，包括阀圈和位于阀圈内双偏心转动阀板，其特征在于阀板转动轴双偏心分别按上述几何作图选取或公式法计算确定。

此外，为提高阀板关闭后密封性，一种较好为在阀板转动轴手柄或转动驱动器上设有扭力装置，以增加阀板关闭后的扭矩压紧力。例如在阀板转动手柄上有偏心插销，偏心销的作用使得阀板在关闭后，转动偏心销产生压紧推力作用，可以使阀板关得很紧，从而可以彻底杜绝阀板关闭后缺乏对阀圈的压力，造成泄漏。当然也可以采用其他方式对插销或转轴施加径向压紧力，例如在直销钉径向设置进给螺钉；或者还可以是转动驱动器上设置例如涡轮/涡杆启闭器，同样可以提高阀板与阀圈的密封性，此结构特别适用于大口径阀。

为方便阀板转动轴特别是下半轴安装，一种较好方式是在上下两半轴间设置有一定位撑杆，定位撑杆轴向支撑使上下半轴定位，特别是防止下半轴向上移动，从而可以使下半轴从上向下安装，从而简化了阀板安装。下半轴从上向下安装，使得阀板下轴孔可以加工成直通孔或上大下小台阶孔。为方便定位撑杆固定，一种较好是定位撑杆螺接于下半轴上端。

此外，还可以使插销定位板固定螺钉位于阀板手柄关闭位置的正下方结构，提高了关闭后的防盗功能。

本发明转动阀板偏心距选取方法，相对于现有技术，由于双偏心距选取是按阀板关闭与阀圈无限靠近压紧原则，通过动态模拟，得到几何作图选取或经验公式法计算确定选取方法(公式法选取的最小偏心距与作图法确定最小偏心距一致)。按前述原则确定的偏心距，都明显大于同规格现有技术偏心距，一般为同口径阀板转动阀偏心距的2-3倍，例如通径80mm(3吋)蝶阀，偏心距7mm.(现有技术仅为2mm)，大的偏心距使得阀板转动关闭/开启过程中，阀板上所有密封点都是以无限逼近方式压向阀座，不存在阀板过盈，从而减小甚至消除了阀板和阀座(阀圈)之间的摩擦，不仅阀板关闭密封性能好，而且同时适合软、硬密封，可以直接采用硬密封面阀圈，减化了使用硬密封面阀圈结构。密封副密封面基本无摩擦，也就基本无磨损，从而延长了阀板转动阀的有效使用寿命。其次，阀板转动时无过盈摩擦，也降低了对阀板周面密封面结构形式的要求，可以采用加工简单通常采用的球面或锥面为密封面的阀板。上述特点从根本上克服了现有技术转动阀板，例如蝶阀阀板转动偏心距过小的不足。其次，阀板转动轴手柄或转动驱动器上设有扭力装置，增加了阀板关闭后的扭矩压紧力，提高了阀板关闭后密封性。上下两半轴间设置有一定位撑杆，可以使下半轴从上向下安装，简化了阀板安装。阀板关闭手柄插销定位板固定螺钉，位于阀板手柄关闭位置正下方结构，大大提高了关闭后的防止拆卸，从而提高了防盗打开功能。本发明偏心距的方法，不仅可以用于蝶阀偏心距选取，而且还可以用于摆阀及轴阀偏心选取。本发明较现有技术同规格转动阀板阀大的多的偏心距(例如至少2倍以上)，为本发明转动阀板阀偏心距选取与现有技术区别的一个重要鉴别特征。

以下结合6个优化具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明实质，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。

附图说明

图1为阀板转动阀代表例蝶阀关闭阀板和阀座(圈)结构示意图。

图2为作图法或公式法选取偏心距示意图，其中阀板切面左面表示球面密封，右面表示锥面密封。

图3为本发明蝶阀整体结构示意图。

图4为图3俯视结构示意图。

具体实施方式

实施例1(作图法确定偏心距)：参见图1、2，蝶阀基本结构由阀板1、阀座2和转轴3组成。本发明阀板转动阀偏心距选点区域：取垂直于转轴3过园形阀板1直径，得到阀板剖面4，以该剖面4左右两端密封线上的四个顶点5构成等腰梯形，从该梯形对角分别作腰的垂线得到交点P，在该剖面的上角垂线的上方区域和下角垂线的下方区域的交集区域——阴影部分(2a角内)，即为转动轴偏心距选取点范围。其中两垂线交点P为最小偏心距e。图中O点为梯形腰的垂直平分线与蝶板中轴线的交点。

转动轴取在阴影小区左侧内(约≤L/2)称为蝶阀，取在阴影右侧大区内称为摆阀，当转轴点沿PQ移至无穷远处称为轴阀。

按上述作图选取偏心距，在阀通径为3吋，其最小偏心距e(OP)约为7mm。

实施例2(公式法确定偏心距)：设定蝶阀通径3吋(φ80mm)，锥面密封，则L＝40mm，阀板密封面厚度d取5.5mm，梯形四个顶点圆角r取1.5mm(倒圆可以防止阀板刮伤阀圈)，梯形半锥角a取25°。按前叙公式计算得到：左右偏心e＝5.5/sin50＝7.18mm(与作图法吻合)：前后偏心距h₁＝40*tga25+5.5/2+1.5*(1-sin25)＝22.27mm。

实施例3：参见图3，如实施例1，阀板转动手柄6上关闭锁定插销7，制成偏心结构(成为偏心销轴)，上端有转动/插拔环7.1。阀板关闭，插入偏心插销7并转动，插销偏心结构产生一推动手柄扭矩推力，使阀板压紧阀圈，从而杜绝了泄漏的产生。

对于大口径蝶阀，转动轴可以由电机驱动的涡轮/涡杆启闭器驱动，涡轮/涡杆的自锁作用确保阀板严密关闭。

实施例4：参见图3，如前述，阀板1下轴孔8为直通孔(也可以是上大下小台阶孔)，安装时下半轴由上往下插入安装，阀板转动上半轴9和下半轴10间增加有定位撑杆11，定位撑杆11与下半轴10上端通过螺纹连接成一体，阀板安装到位，转动定位撑杆11顶支上下半轴，从而使上下半轴起到轴向定位固定，尤其是限制了下半轴上移。由于在上下半轴间设置有定位撑杆11，下半轴及定位杆可以从上向下安装，上半轴从上向下插入，简便了阀板安装。

实施例5：参见图3、4，如前述，阀板转动手柄6下方的插销定位板12，插销孔位置做成无孔单边止回，阀板关闭插入插销即起到止回，从而既简化了孔加工，也使得偏心插销7更好定位。

实施例6：参见图3、4，如前述，插销定位板12的两装配固定螺钉孔13位于阀板手柄关闭位置的正下方。这样当阀板关闭，锁上关封后可以有效防止拆卸插销定位板12的固定螺钉，而使阀被旋开，有效提高了关闭后的防盗功能。

对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合，例如偏心距还可以在作图阴影区间范围内选择，阀圈可以是软阀圈，也可以是硬阀圈，取消阀板手柄，采用涡轮/涡杆驱动转动阀板，等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。

Claims (11)

1.转动阀板偏心距选取方法，其特征在于转动阀板旋转轴偏心距分别按几何作图或公式计算确定：

几何作图选取：取垂直于转轴过园形阀板中轴线的剖面，并以该剖面上密封线的四个顶点构成等腰梯形，从该梯形对角分别作腰的垂线得到交点P，该剖面上角垂线的上方区域和下角垂线的下方区域的交集区域B，为偏心距选取点范围，其中两垂线交点P为最小偏心距位置；

公式法计算确定：

最小左右偏心距e(即OP)：e＝d/sin2a；

前后偏心距h按锥面和球面分别确定：锥面密封前后偏心距h₁＝L*tga+d/2+r*(1-sina)；球面密封前后偏心距h₂＝L*tga+d/2+r*(1-sinb)，球面密封半径R＝√[(L*tga+d/2)²+(L-tga*d/2)²]，b＝arc tg[(L*tga+d/2)/(L-tga*d/2)]；

式中，d为阀板密封厚度(作图梯形高)，a为梯形半锥角，L为1/2梯形腰的中点连线，r为阀板剖面顶角倒圆角半径，可小至零。

2.根据权利要求1所述转动阀板偏心距选取方法，其特征在于阀板密封面厚度d大于阀圈密封面厚度t。

3.双偏心蝶阀，包括阀圈和位于阀圈内双偏心转动阀板，其特征在于阀板转动轴双偏心距按权利要求1几何作图选取或公式法计算确定。

4.根据权利要求3所述双偏心蝶阀，其特征在于阀板转动轴手柄或转动驱动器上有扭力装置。

5.根据权利要求4所述双偏心蝶阀，其特征在于阀板转动驱动器为涡轮/涡杆启闭器。

6.根据权利要求4所述双偏心蝶阀，其特征在于阀板转动手柄上扭力装置为偏心插销。

7.根据权利要求3、4、5或6所述双偏心蝶阀，其特征在于阀板转动上下半轴间有定位撑杆。

8.根据权利要求7所述双偏心蝶阀，其特征在于定位撑杆螺接于下半轴上端。

9.根据权利要求7所述双偏心蝶阀，其特征在于阀板下轴孔为直通孔或者上大下小台阶孔。

10.根据权利要求7所述双偏心蝶阀，其特征在于阀板转动手柄下方插销定位板插销孔位置为无孔单边止回。

11.根据权利要求7所述双偏心蝶阀，其特征在于插销定位板配固定螺钉孔位于阀板手柄关闭位置正下方。

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