CN102734478B - 一种弹力限位偏心轴蝶阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蝶阀，是一种弹力限位偏心轴蝶阀，包括内部具有圆柱状空腔的阀体、圆形阀板、偏心轴、板式弹簧，在阀体的一端内侧壁上设置有圆锥形密封面的阀座，于阀座的外侧、在阀体的内壁上设置有止挡；偏心轴穿过阀体内的圆柱状空腔；阀板置于阀体内，在阀板的一侧设置有轴座，轴座与偏心轴间可转动连接；在偏心轴上固接有用于驱动阀板的钢性驱动臂；板式弹簧一端固接于阀板、偏心轴或驱动臂上，另一端与驱动臂或阀板相抵接或固接。利用偏心轴小转角时的类似凸轮效应和杠杆原理，极大减小蝶阀的驱动力，同时大大降低密封环与阀座压合时的线速度，有效提高阀门的寿命。

Description

一种弹力限位偏心轴蝶阀

技术领域

本发明涉及蝶阀，是一种串接在管路中用以阻断或调节流体流量的装置。具体地说是一种弹力限位偏心轴蝶阀，可用于冶金，电力，石油，化工，真空等系统；是调控和切断流体的最佳装置。

背景技术

目前小口径的球阀，闸阀，截止阀等技术已成熟，已被广泛使用。但随着大工业的发展，阀门的流通口径也在增大，随之体积也在增大，这些阀门的重量和体积已经无法被人们所接受，因此随着阀门口径的增大和蝶阀设计加工技术的成熟，将逐渐由蝶阀取代。

 目前市场上已经有产品的蝶阀种类有；中心蝶阀，单偏心蝶阀，双偏心蝶阀和三偏心蝶阀。

还有一种为2010年02月26日申请的一种弹力限位偏心轴蝶阀（申请人为吴树源，申请号201010131508.7），其采用偏心轴，阀门在开关过程中，蝶板上的密封环不能与阀体上的密封座接触，将阀门的驱动力降低至目前的1/20到1/30，需要时可以将开关阀门所需要的时间提高到1秒以内，密封副磨损后具有补偿功能，软或金属硬密封都适用的阀门结构。

其缺点为：在实施过程中发现金属硬密封碟阀  在关闭过程中阀板随偏心轴转动，当阀板接触到止挡时，阀板随偏心轴的转动被制止，弹簧的弹力将阀板一侧压固于止档，此时阀板在偏心轴的推力作用下，以止档为支点，与偏心轴做同向旋转向阀座的密封面旋转压合关闭。在正常情况下，偏心轴推力作用与阀板中心线，有止档和无止档侧的受力为各二分之一，弹簧力作用于阀板，通过偏心轴被反向，其方向与偏心轴的推力方向相反，作用与阀板止档一侧；通常弹簧的弹力作用是将止档侧阀板压固于止档，偏心轴的推力是将止档侧的阀板推离止档，所以弹簧的弹力越大，阀门越能稳定工作。但实施时发现当密封面被腐蚀、阀件的磨损加工误差、装配误差、密封面有固态物粘接、温度等都可以造成无止挡侧密封面的关闭阻力迅速增大，当无止档侧摩擦阻力大于有止档侧摩擦阻力加弹簧的弹力时，将出现不在预定位置关闭的现象、或关闭不严，严重时将出现脱出密封面或不能关闭现象。为解决不稳定问题需进一步加大弹簧的弹力，但加大弹簧的弹力需要同时加大阀门的驱动力，使得成本上升，同时依然不能从根本上解决止档侧阀板脱离止档，向远离止档方向的位移。

从理论上讲弹簧力是弹性力，不可能从根本上限制止档侧阀板脱离止档，向远离止档方向的位移。

发明内容

针对201010131508.7专利申请技术内容的不足和不稳定问题。本发明的目的在于提供一种稳定性好、使用安全可靠、性能优良、耐高温高压和实用性广泛的廉价的弹力限位偏心轴蝶阀。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

第一种方式：将阀板的端面直接设置为密封面或设置密封副，（此处将阀板无轴座面定为端面），阀板的圆周面不与阀体的任何部位接触，只有阀板的端面密封面与阀座的密封面接触，通过端面密封直接压合密封技术可以彻底解决201010131508.7专利申请出现的压合关闭出现的不稳定问题；本发明采用金属端面密封有诸多优点，（1）按双偏心蝶阀设计时，在垂直端面密封或大角度时，阀板的密封面自然具有关闭定位和止档功能，而不用单独设置。（2）以此阀门为端面近垂直压合密封，密封面没有摩擦损耗，因此，此阀门特别适合频繁开启环境。（3）高温低压工况时采用软金属做密封副，其密封面要小，装配调试时施加两倍于阀门的压力等级的压力，以达到压合关闭时软金属密封副能产生塑变为目的。同样在高温高压工况时采用普通金属即可达到目的，本发明更适合高温高压工况。（4）端面为近垂直压合密封，阀板的圆周面不与任何物体接触，在开启阀门过程中，阀门不会因材料的热膨胀不同而被卡死，本阀门特别适合高温高压工况，所以端面密封蝶阀对于高温高压工况具有先天的优势。（5）在压合关闭过程中利用阀门两端压力差和偏心轴的杠杆力来完成压合关闭，在没有发明弹力限位偏心轴蝶阀以前，这种密封结构在大口径阀门上是不可能实现的。

第二种方式：改变止档位置，使止档具有以下功能：1调节设定阀板与阀座密封面在关闭时的位置；2抵消偏心轴作用于阀板一侧的推力；3限制阀板转动抵消弹簧的扭力；4限制阀板的自由度，使之只能在偏心轴推力的作用下以止档侧为轴，相对与偏心轴的转向反向旋转，在偏心轴推力的作用下向阀座方向压合关闭；5使得阀板具有自调心功能。

第三种方式：需要在阀板、阀座或阀体上设置止档。本发明采用线密封技术，阀板侧表面为密封面，阀座与阀板间为环状体线密封结构，其优点：环状体结构阀座不需要高精度机械加工，更不需要磨，一般车床加工即可满足要求，只要阀板密封面材料的硬度大于阀座材料硬度，密封面磨光即可，只要阀门压合关闭时线密封阀座密封面产生塑变，即可达到密封目的。也可以在阀板上设置环形圆锥体的直截体作为环状阀板密封副，只要材料的硬度大于阀座材料硬度，锥面磨光即可，也能满足一般工况需要，使金属密封蝶阀结构更加简单，更实用，更加安全可靠，成本更低，用途更加广泛，还可用于高低温环境，一般腐蚀环境，密封面如采用耐腐蚀材料或经过耐腐处理可用于高腐蚀环境。在没有发明偏心轴蝶阀以前，这种密封结构在大口径阀门上是不可能实现的。

一种弹力限位偏心轴蝶阀，包括内部具有圆柱状空腔的阀体、阀板、偏心轴、板式弹簧或螺旋压力弹簧，

在阀体的一端内侧壁上设置有环形平面密封面的阀座、环状线密封面的阀座或圆锥形密封面的阀座，所述平面密封面的阀座是指环形阀座的密封面与阀体的径向平面相平行；

偏心轴穿过阀体内的圆柱状空腔；

阀板置于阀体内，在阀板的一侧设置有轴座，轴座与偏心轴间可转动连接；

在偏心轴上固接有用于驱动阀板的钢性驱动臂；

板式弹簧或螺旋压力弹簧一端固接于阀板上、另一端与驱动臂相抵接；或者板式弹簧一端固接于偏心轴上、另一端与阀板相抵接；或者板式弹簧一端固接于驱动臂上、另一端与阀板相抵接或绞接；或者板式弹簧与驱动臂为一体结构，其中部固接于偏心轴上，一端与阀板相抵接，延伸出的另一端作为驱动臂。

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，所述偏心轴的几何中心线与驱动臂的驱动端分别位于偏心轴动力中心线B的左右两侧。

蝶阀内可设置有用于调节、限转和限定阀板关闭位置的止挡；当在采用环形平面密封结构，或圆锥形密封面阀座为大锥角密封结构时，可不另设置止挡，阀座具有止挡的功能；

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，止挡和驱动臂的驱动端分别位于偏心轴动力中心线B的左右两侧；

止挡可设置于阀座密封面的外侧或靠近外侧的密封面上；或在阀座的外侧、在阀体的内壁上，设置有止挡，在此以止挡处、阀板关闭时转动方向的阀座一侧为外侧；或在阀板的圆周的侧面上或在具有轴座的阀板面上设置止挡、止挡于径向延伸出阀板的侧边。

所述偏心轴的动力中心线A与几何中心线B平行。

所述板式弹簧为板式压力弹簧，或为板式拉力弹簧；其为1到20层，作为驱动臂的一端，加大截面积或层间固接；

所述板式弹簧为板式压力弹簧，一端固接于偏心轴上，另一端抵接于阀板上；

或所述板式弹簧为板式压力弹簧，一端固接于阀板上，另一端抵接于驱动臂上；

或所述板式弹簧为＂Ｕ＂字形板式拉力弹簧，一端固接于阀板上，另一端的内侧面抵接于驱动臂上；

或所述板式弹簧为板式压力弹簧，其一端固接于阀板驱动臂远离偏心轴的一端，其另一端设有拉杆或拉链；拉杆或拉链一端连接于阀板上，另一端与板式压力弹簧连接，以实现板式弹簧与阀板间的绞接。

偏心轴穿过阀体内的圆柱状空腔；偏心轴的几何中心线或动力中心线与阀体中心线间的距离为阀体内空腔直径的0-0.2倍。

所述阀板为圆形阀板、或密封面为圆环形阀板。

当采用圆锥形密封面的阀座时，于所述圆形阀板的圆盘状的圆周外边缘上设置有环状密封副，或于阀座的圆锥形密封面上径向设置有环状密封副；环状密封副固接或浮动于阀板或阀座上。

当采用环形平面密封面的阀座时，于所述圆形阀板的圆盘状的盘面上与阀座接触处设置有环状密封副，或于阀座的密封面上设置有环状密封副；

密封副的密封圈可为弹性橡胶密封圈、氟塑料密封圈、橡胶与塑料复合的密封圈或金属密封圈。

蝶阀采用为金属硬密封结构，所述环状线密封面的阀座是指阀座为环状体结构，环状体的内表面沿径向设置有环状凸起；与之相匹配的阀板密封面为平面、锥形、球形面或异型密封面，或在阀板四周边缘或侧表面上设有平面、锥形、球形面或异型密封面的密封副，密封副为环形体结构。

环状凸起与阀板密封面呈环形线性接触或环形线性抵接，阀门关闭时在阀板向阀座压合密封后阀板或阀座环状线密封面产生塑变后形成的环状的形面结构，结合密封面小。

偏心轴沿阀体径向垂直穿过阀体；偏心轴的几何中心线与阀体中心线相交、或偏心轴的动力中心线与阀体中心线相交；阀体中心线与阀板中心线共线。

所述板式弹簧为1层或1层以上条形板呈阶梯状排布而成，或者为“V”字形弹簧板，或者为弧形弹簧板，或者为“                                                ”形弹簧板（即为中部水平、两端斜向上翘起的弹簧板），或者为“”形弹簧板（即为一端水平、另一端斜向下延伸的弹簧板），或者为“U”字形弹簧板，或者为梯形弹簧板，或者为一端向另一端面积或截面积逐渐增加的异形弹簧板。

所述偏心轴的作用是使轴的动力中心线B与轴杆和轴座接触处的几何中心线A平行，使轴杆与轴座接触处形成偏心轴结构；

所述偏心轴为二端圆柱体直径小于中部圆柱体直径，中部圆柱体的几何中心线A与轴两端形成的动力中心线B平行，形成的三段式偏心轴结构；或在轴杆上固结偏心体所形成的偏心轴结构；或在轴杆上套设有、开设偏心孔的轴套所形成使轴的动力中心线与轴杆和轴座接触处的几何中心线平行，使轴杆与轴座接触处形成偏心轴结构；或是轴杆两端直径大于轴杆与轴座转动连接处的直径，轴杆两端形成的动力中心线与轴杆与轴座接触处的几何中心线平行，使轴杆与轴座接触处形成偏心轴结构；或在轴杆两端套装偏心环状轴套，使轴的动力中心线与轴杆和轴座接触处的几何中心线平行，使轴杆与轴座接触处形成偏心轴结构；

所述钢性驱动臂和板式弹簧为一体式结构，共同作为阀板限位机构，它们是由1-10片弹簧板折成“”形而成，一侧作为弹簧板使用，其顶部抵接于阀板上；另一侧作为钢性驱动臂使用；两侧的弹簧板通过增加其面积或横截面面积、或增加背板、或将2片或2片以上的弹簧板固接为一体，使其钢性增强。

本发明具有如下优点和积极效果：

第一种方式：将阀板的端面周边直接设置为密封面或设置密封副，（此处将阀板无轴座面定为端面），阀板的圆周侧面不与阀体的任何部位接触，只有阀板的端面密封面与阀座的密封面接触，通过端面密封直接压合密封技术可以彻底解决201010131508.7专利申请出现的压合关闭出现的不稳定问题；本发明采用金属端面密封有诸多优点，（1）按双偏心蝶阀设计时，在垂直端面密封或大角度时，阀板的密封面自然具有关闭定位和止档功能，而不用单独设置。（2）以此阀门为端面近垂直压合密封，密封面没有摩擦损耗，因此，此阀门特别适合频繁开启环境。（3）高温低压工况时采用软金属做密封副，其密封面要小，装配调试时施加两倍于阀门的压力等级的压力，以达到压合关闭时软金属密封副能产生塑变为目的。同样在高温高压工况时采用普通金属即可达到目的，本发明更适合高温高压工况。（4）端面为近垂直压合密封，阀板的圆周面不与任何物体接触，在开启阀门过程中，阀门不会因材料的热膨胀不同而被卡死，本阀门特别适合高温高压工况，所以端面密封蝶阀对于高温高压工况具有先天的优势。（5）在压合关闭过程中利用阀门两端压力差和偏心轴的杠杆力来完成压合关闭，在没有发明弹力限位偏心轴蝶阀以前，这种密封结构在大口径阀门上是不可能实现的。

第二种方式：改变止档位置，使止档具有以下功能：1调节设定阀板与阀座密封面在关闭时的位置；2抵消偏心轴作用于阀板一侧的推力；3限制阀板转动抵消弹簧的扭力；4限制阀板的自由度，使之只能在偏心轴推力的作用下以止档侧为轴，相对与偏心轴的转向反向旋转，在偏心轴推力的作用下向阀座方向压合关闭；5使得阀板具有自调心功能。

第三种方式：需要在阀板、阀座或阀体上设置止档。本发明采用线密封技术，阀板为圆锥台、圆锥台侧表面为密封面，阀座为环状体线密封结构，其优点：环状体结构阀座不需要高精度机械加工，更不需要磨，一般车床加工即可满足要求，只要阀板密封面材料的硬度大于阀座材料硬度，密封面磨光即可，只要阀门压合关闭时线密封阀座密封面产生塑变，即可达到密封目的。也可以在阀板上设置环形圆锥体的直截体作为环状阀板密封副，只要材料的硬度大于阀座材料硬度，锥面磨光即可，也能满足一般工况需要，使金属密封蝶阀结构更加简单，更实用，更加安全可靠，成本更低，用途更加广泛，还可用于高低温环境，一般腐蚀环境，密封面如采用耐腐蚀材料或经过耐腐处理可用于高腐蚀环境。在没有发明偏心轴蝶阀以前，这种密封结构在大口径阀门上是不可能实现的。

原理：本发明将止档设置于与驱动臂的驱动端相对的偏心轴的另一侧，当阀门关闭时旋转角大于91度后，在阀板与止档接触时阀板随偏心轴的转动被制止，此时阀板以止档贴合点为轴，在偏心轴推力的做用下，以相对偏心轴的转向相反方向旋转向阀座方向压合关闭。止档侧的阀板先于无止档侧抵达密封部位，此时阀板的位移被钢性的止档限定。无止档侧的阀板只能在偏心轴推力的作用下向阀座密封面方向压合关闭。

附图说明

图1a为本发明实施例1的结构示意图；

图1b为图1a的A—A剖视图；

图2a为本发明实施例2的结构示意图；

图2b为图2a的B—B剖视图；

图3a为本发明实施例3的结构示意图；

图3b为图3a的C—C剖视图；

图4a为本发明实施例4的结构示意图；

图4b为图4a的D—D剖视图；

图5a为本发明实施例5的结构示意图；

图5b为图5a的E—E剖视图；

图6a为本发明实施例6的结构示意图；

图6b为图6a的F—F剖视图；

图7a为本发明实施例7的结构示意图；

图7b为图7a的G—G剖视图；

图8a为本发明实施例8的结构示意图；

图8b为图8a的H—H剖视图；

图9a为本发明实施例9的结构示意图；

图9b为图9a的I—I剖视图；

图10a为本发明实施例10的结构示意图；

图10b为图10a的J—J剖视图；

图11a为本发明实施例11的密封原理示意图；

图11b为本发明实施例11的关闭过程示意图；

图11c为本发明实施例11的阀板全开时示意图；

图11d为本发明实施例11的阀板关闭时示意图；

图中：1为阀板，2为轴座，3为偏心轴，4为阀体，5为止挡，6为驱动臂，7为销钉，8为弹簧板，9为环状密封副，10为阀座， A为几何中心，B为动力中心。

具体实施方式

为了解决目前大口径阀门普遍存在的开关速度慢。开关阀门需要的扭力大。蝶阀在开关时，密封副在0—15度范围内存在的机械摩擦问题。蝶阀密封副磨损后无补偿或补偿不足影响阀门寿命。三偏心蝶阀的斜截堆形阀座和斜截堆形类似椭圆形阀板的设计加工难度大的问题。

本发明提供一种新型蝶阀。这种蝶阀具有设计简单，机械加工容易，装配调试简单，开关阀门需要的力矩小，阀门的重量轻，机械寿命长，同时又适用于高温高压等各种工况。本阀门在关闭过程中分两个阶段完成。开关阀门在大约92度转角内，阀板密封面不与阀座接触。完全关闭时，向截止阀一样加压密封。

本发明利用了偏心轴的几何中心绕动力中心转动的特点，利用在小转角时的类似凸轮效应和杠轴原理。蝶阀轴改用偏心轴，采用了驱动臂和板式限位弹簧。与阀轴紧固在一起的阀板改为动配合，由板式弹簧的弹力通过紧固在偏心轴上的驱动臂锁定。本发明采用双偏心结构，其阀体与阀座为一体结构，阀座的密封面为圆锥形面。偏心轴有两个中心，一个几何中心A，一个动力中心B。在设计时有二种偏心结构可以实现本发明，第一种是将蝶阀偏心轴的几何中心位于管路中心并偏离密封面中心线，形成第一个偏心，将动力中心偏离管路中心，形成第二个偏心，偏心距等于偏心轴的偏心量，第二种是，将蝶阀轴的动力中心位于管路中心并偏离密封面中心线，形成第一个偏心，将几何中心偏离管路中心，形成第二个偏心，偏心距等于偏心轴的偏心量，其必须设置止挡。

采用弹簧板弹簧，强力弹簧板弹簧，保证偏心轴与阀板的牢固结合，提高阀门的可靠性。

蝶阀在关闭时，回转大约92度的范围内密封环不与阀座接触。利用偏心轴小转角时的类似凸轮效应和杠杆原理，极大减小蝶阀的驱动力，从关闭到零泄露偏心轴克服弹簧的弹力再继续旋转 30度角，这大大降低密封环与阀座压合时的线速度，有效提高阀门的寿命。

为了改变板式弹簧的弹性模量和使用寿命，使弹簧力的传导方向上变形量相等、力的传导方向上各处所承受的力距相同，因此设计时，弹簧固定端的面积和/或截面积向弹簧传动端（指相对于弹簧固定端的另一端）逐渐缩小。

实施例1

如图1a和1b所示，本发明按双偏心蝶阀的原理和结构设计；

本发明由圆桶状阀体4、圆形阀板1、偏心轴3、与钢性驱动臂6为一体的板式压力弹簧8、密封副9等主要部件构成。

其中阀体4仍采用普通的双偏心蝶阀的阀体结构，上、下两端分别设有轴孔，孔内安装滑动轴承套及轴密封装置，两端轴孔偏离阀体径向中心的右侧5mm；在圆桶状阀体4的一端内侧壁上设置有截面为矩形的环状凸台，形成与阀体4为一体的圆环形密封面的阀座10，阀座10在双偏心结构设计具有止挡5功能，能用于阀板转动定位；

偏心轴3采用圆形金属棒两端偏心加工，制成偏心轴，其为二端圆柱体直径小于中部圆柱体直径的三段式偏心轴结构；偏心轴的几何中心与动力中心距为5mm；偏心轴3沿阀体4经轴承套及轴密封装置径向垂直穿过阀体4，在轴密封装置外侧设置有压盖；偏心轴3的几何中心线与阀体中心线相交（即阀体轴线）；即偏心轴的几何中心位于阀体中心，并偏离密封面中心。偏心轴的动力中心再向右侧偏离管路中心，偏心量就是偏心轴的动力中心与几何中心的中心距。

阀板1置于阀体内，阀体中心线与阀板中心线（即阀板轴线）共线，铸造的圆形金属阀板的一侧面上设有上、下两个加强肋，其中心对称，两个加强肋向远离阀板的外侧沿伸，沿伸部位设有轴孔（轴孔内可安装滑动轴承套，也可不安装），形成上、下两个对称的轴座，偏心轴3穿置于轴座内，轴座与偏心轴3间为可转动连接；

阀板1的圆盘状的圆周外边缘上设置有环状金属密封副9，金属密封副9由径向截面为梯形与径向截面为矩形的金属密封环叠合而成，其利用环平面和锥面同时压合密封；

根据需要轴座与阀板可以制作成一体，可以焊接，也可以用螺栓紧固。当制作大口径蝶阀时，两个轴座底部的加强肋可加长，用以加强阀板，阀板与轴座的强度。

钢性驱动臂6与板式压力弹簧8为一体结构，其相固接处固接于偏心轴3上；蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，所述偏心轴3的几何中心线与驱动臂6的驱动端分别位于的偏心轴动力中心线B的左右两侧。

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，板式弹簧8和驱动臂6的驱动端分别位于偏心轴动力中心线B的左右两侧；

板式压力弹簧8置于偏心轴的左侧，驱动臂6的相接处固接于偏心轴3上；板式压力弹簧的另一端抵接与阀板上，驱动臂6的另一端 抵接与阀板上。

组装过程，在关闭状态组装，先用以特制设备将板式压力弹簧的弹力解除，控制阀板与与阀座密封面刚刚贴接时，阀板的环状密封圈与阀座处于接触状态，此时偏心轴的偏心角（所述偏心角是指偏心轴的几何中心与动力中心的连线与阀体径向间的夹角）为10度左右为好，驱动臂与阀板径向平面的夹角为25左右为好，板式压力弹簧（从图1a中看向下顺时针偏10度）为好，阀板开启到驱动臂6的另一端 抵接与阀板上，偏心轴的偏心角为负10到负15度为好，实际角度由力矩的大小和有无泄漏来确定。偏心轴与阀板之间为动配合。

弹簧的预应力（门限力）取得越大阀门的稳定性越好，但这样不经济，又造成驱动力过大，以取得适中，又能防止蝶阀在完全开启时，以能够抑制由流体紊流造成阀板的喘动为原则。

调试：阀门在关闭态，两倍于阀门耐压等级加压使密封副产生塑变密封。

应用时，蝶阀从完全开启到关闭阀轴需要旋转需要转过91度左右，从关闭到零泄漏阀轴要克服弹簧的门限力，还要再转20到50度。从完全开启到零泄漏，阀轴需要转110到140度左右，根据设计的需要而不同。完全相反，蝶阀在开启时，在偏心轴驱动力和弹簧力的联合力的驱动下，通过偏心轴在小角度下的凸轮效应先将阀板从阀座上拉起，密封副与阀座脱离接触，到驱动臂的外端与阀板接合后，在驱动力作用下将阀门完全打开。

阀板的几何中心（即阀门轴的几何中心）位于阀体的中心线上，且与阀板密封截面形成一个a尺寸偏差，偏心轴的偏转中心与回转中心形成一个b尺寸偏差（b偏心量）。由于阀板与阀体间采用无接触设计，阀板两边所受的压力相等，关闭阀门时只要克服阀门的旋转摩擦力，所以关闭阀门需要非常小的力矩。阀板可以围绕偏心轴的旋转中心回转。

驱动臂和压力弹簧组成的弹力复位机构，用以限制阀板在偏心轴的旋转中心回转和复位。偏心轴的转矩超过（弹簧的门限力）设定值时偏心轴会相对阀板回转一小角度，当阀板转动到阀板平面超过与阀体平面时（过平行时），阀板的左侧先抵达阀座密封面，阀板的转动被具有止档功能的阀座密封面阻挡，偏心轴在执行器驱动力的推动下会克服弹簧的弹力继续回转一小角度，此时偏心轴会将旋转力通过轴的偏心量变为垂直于阀板平面的推动力，推动阀板压向阀座密封面移动，以达到完全密封状态（关闭状态）。开启阀门时弹簧的弹力帮助偏心轴将阀板拉离阀体。应用时，蝶阀从完全开启到关闭阀轴需要旋转需要转过91度左右，从关闭到零泄漏阀轴要克服弹簧的门限力，还要再转20到50度。从完全开启到零泄漏，阀轴需要转110到140度左右，根据设计的需要而不同。完全相反，蝶阀在开启时，在偏心轴驱动力和弹簧力的联合力的驱动下，通过偏心轴在小角度下的凸轮效应先将阀板从阀座上拉起，密封副与阀座脱离接触，到驱动臂的外端与阀板接合后，在驱动力的单独作用下将阀门完全打开。

实施例2

如图2a和2b所示，本发明按双偏心蝶阀的原理和结构设计；

本发明由圆桶状阀体4、圆形阀板1、偏心轴3、钢性驱动臂6、V字形板式压力弹簧等主要部件构成。

其中阀体4仍采用普通的双偏心蝶阀的阀体结构，上、下两端分别设有轴孔，孔内安装滑动轴承套及轴密封装置，两端轴孔偏离阀体径向中心的右侧5mm；在圆桶状阀体4的一端内侧壁上设置有截面为三角形环状凸台，形成与阀体4为一体的圆锥形密封面的阀座10，阀座10上设有止挡5，用于阀板转动定位；止挡5设置于阀座10的外侧、在阀体4的内壁上，在此以止挡处、阀板关闭时转动方向的阀座一侧为外侧；

偏心轴3采用圆形金属棒两端偏心加工，制成偏心轴，其为二端圆柱体直径小于中部圆柱体直径的三段式偏心轴结构；偏心轴的几何中心与动力中心距为5mm；偏心轴3沿阀体4经轴承套及轴密封装置径向垂直穿过阀体4，在轴密封装置外侧设置有压盖；偏心轴3的几何中心线与阀体中心线相交（即阀体轴线）；即偏心轴的几何中心位于阀体中心，并偏离密封面中心。偏心轴的动力中心再向右侧偏离管路中心，偏心量就是偏心轴的动力中心与几何中心的中心距。

阀板1置于阀体内，阀体中心线与阀板中心线（即阀板轴线）共线，铸造的圆形金属阀板的一侧面上设有上、下两个加强肋，其中心对称，两个加强肋向远离阀板的外侧沿伸，沿伸部位设有轴孔（轴孔内可安装滑动轴承套，也可不安装），形成上、下两个对称的轴座，偏心轴3穿置于轴座内，在两个对称的轴座间设有套置于偏心轴3上的定位环，定位环用销钉或定位螺钉固定于偏心轴3上，轴座与偏心轴3间为可转动连接；

阀板1的圆盘状的圆周外边缘上设置有环状密封圈，其为金属密封圈；

根据需要轴座与阀板可以制作成一体，可以焊接，也可以用螺栓紧固。当制作大口径蝶阀时，两个轴座底部的加强肋可加长，用以加强阀板，阀板与轴座的强度。

钢性驱动臂6固接于偏心轴3上；蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，所述偏心轴3的几何中心线与驱动臂6的驱动端分别位于的偏心轴动力中心线B的左右两侧。

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，止挡5和驱动臂6的驱动端分别位于偏心轴动力中心线B的左右两侧；

止挡5位于阀座10的外侧或靠近外侧的密封面上，在此以止挡处、阀板1关闭时转动方向的阀座10一侧为外侧；

V字形板式压力弹簧置于偏心轴的左侧，V字形板式压力弹簧的上部和顶部一端固定于阀板上，形成V字形口向右（向内）的状态，V字形板式压力弹簧的顶部另一端向下可与驱动臂凸台的相抵接（此处的V字形板式压力弹簧也可采用螺旋压力弹簧替代，所述螺旋压力弹簧最好为渐开式螺旋压力弹簧）。

组装过程，控制阀板与止挡刚刚贴接时，阀板的环状密封圈与阀座处于无接触状态，此时偏心轴的偏心角（所述偏心角是指偏心轴的几何中心与动力中心的连线与阀体径向间的夹角）为负15度（从图1a中看向下逆时针偏15度）为好，阀板关闭到密封态时，偏心轴的偏心角为正15度，实际角度由力矩的大小和有无泄漏来确定。偏心轴与阀板之间为动配合。

弹簧的预应力（门限力）取得越大阀门的稳定性越好但不经济，以能防止蝶阀在完全开启时，抑制流体紊流造成阀板的喘动为原则。

应用时，蝶阀从完全开启到关闭阀轴需要旋转需要转过91度左右，从关闭到零泄漏阀轴要克服弹簧的门限力，还要再转20到50度。从完全开启到零泄漏，阀轴需要转110到140度左右，根据设计的需要而不同。完全相反，蝶阀在开启时，在偏心轴驱动力和弹簧力的联合力的驱动下，通过偏心轴在小角度下的凸轮效应先将阀板从阀座上拉起，密封副与阀座脱离接触，到驱动臂的外端与阀板接合后，在驱动力的单独作用下将阀门完全打开。

阀板的几何中心（即阀门轴的几何中心）位于阀体的中心线上，且与阀板密封截面形成一个a尺寸偏差，偏心轴的偏转中心与回转中心形成一个b尺寸偏差（b偏心量）。由于阀板与阀体间采用无接触设计，阀板两边所受的压力相等，关闭阀门时只要克服阀门的旋转摩擦力，所以关闭阀门需要非常小的力矩。阀板可以围绕偏心轴的旋转中心回转。

类似拐把形驱动臂和“V”压力弹簧组成的弹力复位机构，用以限制阀板在偏心轴的旋转中心回转和复位。偏心轴的转矩超过设定值时偏心轴会相对阀板回转一小角度，当阀板转动到阀板平面超过阀体的平行面时，阀板的左侧先于阀板的右侧抵达止档，阀板转动被止挡片阻挡，偏心轴在执行器驱动力的推动下会克服弹簧的阻力继续回转一小角度，此时偏心轴会将旋转力通过轴的偏心量变为垂直于阀板平面的推动力，推动阀板压向阀体密封面，移动以达到完全密封状态（关闭状态）。开启阀门时弹簧的弹力帮助偏心轴将阀板拉离阀体。

实施例3

如图3a和3b所示，本发明按双偏心原理和结构设计；

其中阀体4仍采用普通的双偏心蝶阀的阀体结构，上、下两端分别设有轴孔，孔内安装滑动轴承套及轴密封装置，两端轴孔位于阀体径向中心线上；在圆桶状阀体4的一端内侧壁上设置有截面为锥形面的环状凸台，形成一与阀体4为一体的圆锥形密封面的阀座10，

钢性驱动臂6和板式弹簧为一体式结构，作为阀板限位机构，钢性驱动臂6为楔形平板，楔形平板的较厚一端设有一圆管，楔形平板通过圆管套设于偏心轴上，平板的板面与偏心轴相垂直设置；

在圆管上固接有一板式弹簧，板式弹簧与楔形平板分别位于圆管的左右两侧，板式弹簧的另一端抵接于阀板上。

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，所述偏心轴3的几何中心线与驱动臂6的驱动端分别位于的偏心轴动力中心线B的左右两侧。

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，止挡5和驱动臂6的驱动端分别位于偏心轴动力中心线B的左右两侧；

设置止挡5用于限定阀板1的关闭位置和阀板1的转动，抵消偏心轴3作用与有止档侧阀板1的推力，止挡5设置于阀板1具有轴座2的阀板面上、止挡5于径向延伸出阀板1的侧边，止挡5位于阀板1左侧，蝶阀处于关闭状态时，止挡5抵接于密封面与阀体的交界处；

偏心轴采用圆形金属棒，金属棒的两端按偏心加工，使金属棒的中心部位形成偏心，其两端通过轴承和轴封与阀体相连接。阀板仍采用普通双偏心阀板；阀板1置于阀体内，阀体中心线与阀板中心线（即阀板轴线）共线，圆形金属阀板的一侧面上设有上、下两个加强肋，其中心对称，两个加强肋向远离阀板的外侧沿伸，沿伸部位设有轴孔，形成上、下两个对称的轴座，偏心轴3穿置于轴座2内，轴座2与偏心轴3间为可转动连接，轴孔位置偏离阀板中心，轴孔与偏心轴的偏心部分连接；

偏心轴3的动力中心线与阀体中心线相交（即阀体轴线）；

组装过程，控制阀板与止挡刚刚贴接时，阀板的环状密封圈9与阀座处于无接触状态，此时偏心轴的偏心角（所述偏心角是指偏心轴的几何中心与动力中心的连线与阀体径向间的夹角）为负10到负15度（从图2a中看向下逆时针偏10度）为好，阀板关闭到密封态时，偏心轴的偏心角为正15到正20度，实际角度由力矩的大小和有无泄漏来确定。偏心轴与阀板肋轴孔之间为动配合。

实施例4

如图4a和4b所示，本发明按双偏心原理和结构设计；

与实施例3不同之处在于，

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，止挡5和驱动臂6的驱动端分别位于偏心轴动力中心线B的左右两侧；

止挡5位于阀座10的外侧或靠近外侧的密封面上，在此以止挡处、阀板1关闭时转动方向的阀座10一侧为外侧；

于所述圆形阀板1的圆盘状的圆周外边缘上设置有环状密封圈9，其为氟塑料密封圈。

实施例5

如图5a和5b所示，本发明按双偏心原理和结构设计；

与实施例1不同之处在于，其采用上部径向截面为梯形、下部径向截面为矩形的金属密封环，其为一体结构，其利用环平面和锥面同时压合密封。

其中阀体4仍采用普通的双偏心蝶阀的阀体结构，上、下两端分别设有轴孔，孔内安装滑动轴承套及轴密封装置，两端轴孔位于阀体径向中心线上；在圆桶状阀体4的一端内侧壁上设置有截面为矩形环状凸台，形成一与阀体4为一体的水平面密封面的阀座10；所述水平面密封面的阀座10是指环形阀座的密封面与阀体的径向平面相平行；

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，所述偏心轴3的几何中心线与驱动臂6的驱动端分别位于的偏心轴动力中心线B的左右两侧。

采用水平面密封面的阀座10，不设置止挡5，通过调整阀座10内径大小及偏心轴3偏心量，以及密封副的密封垫厚度和位置来对阀板1关闭时转动定位；

蝶阀处于关闭状态时，阀板1抵接于阀座10密封面上。

实施例6

如图6a和6b所示，本发明按双偏心原理和结构设计；

与实施例1不同之处在于，

阀板1为上部径向截面为等腰梯形、下部径向截面为矩形的平板；

其中阀体4仍采用普通的双偏心蝶阀的阀体结构，上、下两端分别设有轴孔，孔内安装滑动轴承套及轴密封装置，两端轴孔位于阀体径向中心线上；在圆桶状阀体4的一端内侧壁上设置有截面为矩形环状凸台，形成一与阀体4为一体的线性密封的阀座10；阀座10上设有止挡5，用于阀板转动定位；

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，所述偏心轴3的几何中心线与驱动臂6的驱动端分别位于的偏心轴动力中心线B的左右两侧。

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，止挡5和驱动臂6的驱动端分别位于偏心轴动力中心线B的左右两侧；

止挡5位于阀座10的外侧或靠近外侧的密封面上，在此以止挡处、阀板1关闭时转动方向的阀座10一侧为外侧；

蝶阀处于关闭状态时，阀座10环状凸台下表面与内表面相交处的环状棱边抵接于阀板1的圆锥台侧表面上，形成线密封面，此处下表面是指靠近偏心轴一侧的阀板1表面。

实施例7

如图7a和7b所示，本发明按双偏心原理和结构设计；

与实施例1不同之处在于，止挡设在阀座10内侧密封面上，密封副截面为梯形。

实施例8

如图8a和8b所示，本发明按双偏心原理和结构设计；

与实施例5不同之处在于，采用圆锥形面阀座，并于左侧阀座密封面上阀板外侧设有止挡5。

实施例9

如图9a和9b所示，本发明按双偏心原理和结构设计；

与实施例8不同之处在于，止挡5设置在阀板左侧圆周面上。

实施例10

如图10a和10b所示，本发明按双偏心原理和结构设计；

与实施例1不同之处在于，采用线性密封结构。

实施例11

如图11a、11b、11c、和11d所示，本发明按双偏心原理和结构设计；

与实施例1不同之处在于

钢性驱动臂6与板式压力弹簧8为一体结构，作为阀板限位机构，它们是由2片（可以1-10片）板式弹簧叠加而成，作为驱动端的层间固接使之钢性增强作为驱动臂使用，作为弹簧端可以折成不同形状，以改变其弹性模量，使之具有预应力（门限力）。

其中阀体4仍采用普通的双偏心蝶阀的阀体结构，上、下两端分别设有轴孔，孔内安装滑动轴承套及轴密封装置，两端轴孔偏离阀体径向中心的右侧5mm；在圆桶状阀体4的一端内侧壁上设置有截面为三角形环状凸台，形成一与阀体4为一体的圆锥形密封面的阀座10，阀座10上设有止挡5，用于阀板转动定位；止挡5设置于阀座10的外侧、在阀体4的内壁上，在此以止挡处、阀板关闭时转动方向的阀座一侧为外侧；

偏心轴采用圆形金属棒，金属棒的两端按偏心加工，使金属棒的中心部位形成偏心，其两端通过轴承和轴封与阀体相连接。阀板仍采用普通双偏心阀板；阀板1置于阀体内，阀体中心线与阀板中心线（即阀板轴线）共线，圆形金属阀板的一侧面上设有上、下两个加强肋，其中心对称，两个加强肋向远离阀板的外侧沿伸，沿伸部位设有轴孔，形成上、下两个对称的轴座，偏心轴3穿置于轴座2内，轴座2与偏心轴3间为可转动连接，轴孔位置偏离阀板中心，轴孔与偏心轴的偏心部分连接；

偏心轴3的动力中心线与阀体中心线相交（即阀体轴线）；

钢性驱动臂6和板式弹簧为一体式结构，作为阀板限位机构，它们是由2片（可为1-10片）板式弹簧折成“”形（可以根据受力需要折成不同形状，以改变弹簧的弹性模量）而构成，一侧直接作为板式弹簧使用，其顶部抵接于阀板上；另一侧通过增大弹簧板的面积或截面积使其钢性增强，作为钢性驱动臂使用。

板式弹簧可以根据需要在弹簧长度方向的不同部位改变形状（梯形弹簧板）和截面（纵向截面是梯形弹簧板）以达到改变弹簧的弹性模量，可以像汽车减震弹簧一样错位排列（条形板式弹簧呈阶梯状排布而成）。

“”形开口朝向阀板，“”形的底部通过螺钉或固定销钉紧固接于偏心轴3上，偏心轴与阀板通过弹簧的弹力和驱动臂压合在一起；

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，于空间位置分布上，所述偏心轴的几何中心线和阀体4上的止挡5分别位于的偏心轴动力中心线的左右两侧；于空间位置分布上，所述钢性驱动臂6的驱动端和止挡5位于的偏心轴动力中心线B的左右两侧。

Claims (9)

1.一种弹力限位偏心轴蝶阀，其特征在于：包括内部具有圆柱状空腔的阀体(4)、阀板(1)、偏心轴(3)、板式弹簧(8)或螺旋压力弹簧，

在阀体(4)的一端内侧壁上设置有环形平面密封面的阀座(10)、环状线密封面的阀座(10)或圆锥形密封面的阀座(10)，所述平面密封面的阀座(10)是指环形阀座的密封面与阀体的径向平面相平行；

偏心轴(3)穿过阀体(4)内的圆柱状空腔；

阀板(1)置于阀体内，在阀板的一侧设置有轴座(2)，轴座(2)与偏心轴(3)间可转动连接；

在偏心轴(3)上固接有用于驱动阀板(1)的钢性驱动臂(6)；

板式弹簧(8)或螺旋压力弹簧一端固接于阀板(1)上、另一端与驱动臂(6)相抵接；或者板式弹簧(8)一端固接于偏心轴(3)上、另一端与阀板(1)相抵接；或者板式弹簧(8)一端固接于驱动臂(6)上、另一端与阀板(1)相抵接或绞接；或者板式弹簧(8)与驱动臂(6)为一体结构，其中部固接于偏心轴(3)上，一端与阀板(1)相抵接，延伸出的另一端作为驱动臂(6)；

蝶阀内设置有用于调节、限转和限定阀板(1)关闭位置的止挡(5)；当在采用环形平面密封结构，或圆锥形密封面阀座(10)为大锥角密封结构时，不另设置止挡(5)，阀座(10)具有止挡(5)的功能；

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，止挡(5)和驱动臂(6)的驱动端分别位于偏心轴动力中心线B的左右两侧；

止挡(5)可设置于阀座(10)密封面的外侧或靠近外侧的密封面上；或在阀座(10)的外侧、在阀体(4)的内壁上，设置有止挡(5)，在此以止挡处、阀板关闭时转动方向的阀座一侧为外侧；或在阀板(1)的圆周的侧面上或在具有轴座(2)的阀板面上设置止挡(5)、止挡(5)于径向延伸出阀板(1)的侧边。

2.按照权利要求1所述弹力限位偏心轴蝶阀，其特征在于：

蝶阀处于关闭状态，沿阀体轴线观看，在空间位置分布上，所述偏心轴(3)的几何中心线与驱动臂(6)的驱动端分别位于偏心轴动力中心线B的左右两侧。

3.按照权利要求1或2所述弹力限位偏心轴蝶阀，其特征在于：所述偏心轴(3)的动力中心线B与几何中心线A平行。

4.按照权利要求1所述弹力限位偏心轴蝶阀，其特征在于：所述板式弹簧(8)为板式压力弹簧，或为板式拉力弹簧；其为1到20层，作为驱动臂(6)的一端，加大截面积或层间固接；

所述板式弹簧(8)为板式压力弹簧，一端固接于偏心轴(3)上，另一端抵接于阀板(1)上；

或所述板式弹簧(8)为板式压力弹簧，一端固接于阀板(1)上，另一端抵接于驱动臂(6)上；

或所述板式弹簧(8)为＂Ｕ＂字形板式拉力弹簧，一端固接于阀板(1)上，另一端的内侧面抵接于驱动臂(6)上；

或所述板式弹簧(8)为板式压力弹簧，其一端固接于阀板驱动臂(6)远离偏心轴(3)的一端，其另一端设有拉杆或拉链；拉杆或拉链一端连接于阀板(1)上，另一端与板式压力弹簧连接，以实现板式弹簧与阀板(1)间的绞接。

5.按照权利要求1所述弹力限位偏心轴蝶阀，其特征在于：

偏心轴(3)穿过阀体(4)内的圆柱状空腔；偏心轴(3)的几何中心线或动力中心线与阀体中心线间的距离为阀体内空腔直径的0-0.2倍。

6.按照权利要求1所述弹力限位偏心轴蝶阀，其特征在于：

当采用圆锥形密封面的阀座(10)时，于所述阀板(1)的圆盘状的圆周外边缘上设置有环状密封副(9)，或于阀座(10)的圆锥形密封面上径向设置有环状密封副(9)；环状密封副(9)固接或浮动于阀板(1)或阀座(10)上；

当采用环形平面密封面的阀座(10)时，于所述阀板(1)的圆盘状的盘面上与阀座(10)接触处设置有环状密封副(9)，或于阀座(10)的密封面上设置有环状密封副(9)；或将阀板(1)与阀座(10)相接面精加工，将阀板(1)或阀座(10)自身作为密封的密封副。

7.按照权利要求6所述弹力限位偏心轴蝶阀，其特征在于：

环状密封副中密封圈所采用的材料可为弹性橡胶密封圈、氟塑料密封圈、橡胶与塑料复合的密封圈或金属密封圈。

8.按照权利要求1所述弹力限位偏心轴蝶阀，其特征在于：

蝶阀采用为金属硬密封结构，

所述环状线密封面的阀座是指阀座为环状体结构，环状体的内表面沿径向设置有环状凸起；

与之相匹配的阀板(1)密封面为平面、锥形或球形面，或在阀板(1)四周边缘或侧表面上设有平面、锥形或球形面的密封副(9)，密封副为环形体结构。

9.按照权利要求8所述弹力限位偏心轴蝶阀，其特征在于：环状凸起与阀板(1)密封面呈环形线性接触或环形线性抵接，所述环形线性接触或环形线性抵接是指：阀门关闭时，在阀板(1)向阀座(10)压合密封后、阀板或阀座环状线密封面产生塑变后形成的环状的形面结构，结合密封面小。