摘要：針對金屬硬密封蝶閥的雙向密封問題，基于液壓元件設(shè)計中的油缸活塞原理，設(shè)計了一種在動水作用下帶移動密封不誘鋼圈的新型金屬硬密封蝶閥。對基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，確定了采用雙偏心結(jié)構(gòu)的設(shè)計；對正向承壓比壓、反向承壓比壓、金屬密封圈的移動距離進(jìn)行了計算，有效地解決了雙偏心金屬硬密封蝶閥的反向承壓問題；對密封副材料選擇進(jìn)行了分析，有效地保證了密封效果和比壓要求。
關(guān)鍵詞：金屬硬密封蝶閥；移動密封；硬密封；設(shè)計計算
蝶閥以其結(jié)構(gòu)簡單、整體產(chǎn)品質(zhì)量輕、占地面積小、操作簡單和啟閉迅速被廣泛應(yīng)用于中、低壓管路中。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及工業(yè)技術(shù)革命的進(jìn)步，對蝶閥的要求越來越高。適用于高壓、高溫、磨損及腐蝕工況下的金屬硬密封蝶閥的發(fā)展迅速，市場需求逐年增大。文中介紹了為某城市管網(wǎng)供水所設(shè)計的一種新型的金屬硬密封蝶閥。
1 密封副的設(shè)計
金屬硬密封蝶閥的密封副結(jié)構(gòu)是產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵。閥門關(guān)閉時，閥板密封面與彈性閥座相吻合，密封副在介質(zhì)壓力作用下產(chǎn)生微小的彈性變形，從而實現(xiàn)密封。所以對密封副的基本要求是：密封性能好、操作靈活和轉(zhuǎn)矩小。
為滿足對密封副的基本要求，所設(shè)計的蝶閥采用雙偏心結(jié)構(gòu)，如圖 1 所示。結(jié)構(gòu)特征為閥桿軸心既偏離蝶板中心、也偏離本體中心。雙偏心的效果使閥門被開啟后蝶板能迅速脫離閥座，大幅度消除蝶板與閥座的不必要的過度擠壓、刮擦現(xiàn)象，減輕了開啟阻矩，降低了磨損，提高了閥座壽命。刮擦的大幅度降低，使得雙偏心蝶閥也可以采用金屬閥座，擴(kuò)大了蝶閥在高磨損介質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用。但以往的金屬硬密封蝶閥其密封原理屬位置密封構(gòu)造，即蝶板與閥座的密封面為線接觸，通過蝶板擠壓閥座所造成的彈性變形產(chǎn)生密封效果，故對關(guān)閉位置要求很高（特別是金屬閥座），承壓能力低，特別是閥門需雙向承壓時反向承壓很難達(dá)到正向的承壓要求。
圖 1 雙偏心結(jié)構(gòu)（1 閥板；2 閥桿；3 彈性閥座；4 壓蓋；5 閥體；M 閥座密封中心線；N 閥體通道中心線；P 閥軸中心線；Q 蝶板密封面運(yùn)行軌跡；e 徑向偏心；L 軸向偏心；）
在設(shè)計中引入了液壓設(shè)計的基本思想，將密封閥座設(shè)計成可在一定范圍內(nèi)在動水作用下移動的活塞式。正向時靠閥板與閥座的位置來保證密封；反向時，動水壓力越大作用于密封閥座的力越大，閥座與閥板的壓緊力就越大，密封性能就越好。其結(jié)構(gòu)形式如圖 2 所示。
圖 2 密封結(jié)構(gòu)形式（1 蝶板；2 閥體金屬密封圈；3 高強(qiáng)度耐磨橡膠圈；4 壓蓋；5 閥體；6 不銹鋼堆焊層；）
從圖 2 中可看出閥體上的密封圈是一個異型的不銹鋼材質(zhì)的活塞環(huán)，位于閥體的滑動槽內(nèi)。當(dāng)正向關(guān)閉時，不銹鋼圈密封環(huán)由設(shè)計位置確定位于中位，閥板擠壓不銹鋼金屬密封圈。同時不銹鋼密封圈與閥體之間的高強(qiáng)度耐磨橡膠密封圈被擠壓，在其彈性變形內(nèi)即具有密封介質(zhì)的作用，又有支撐不銹鋼圈的作用。使得不銹鋼圈既有金屬的硬度和剛度，又有橡膠的彈性。閥板的密封面采用在球墨鑄鐵或碳鋼基體上堆焊不銹鋼。此時閥板密封面與滑動密封圈組成的密封副上形成密封比壓，達(dá)到密封的效果與要求。當(dāng)反向關(guān)閉時，介質(zhì)壓力將導(dǎo)致閥板與閥軸的配合間隙、閥軸與閥體軸承的配合間隙、軸承與閥體軸孔的配合間隙以及加工尺寸誤差的全部累計處于一側(cè)，即偏離金屬密封圈的一側(cè)，使得閥板密封面與滑動密封圈組成的密封副形成的密封比壓減小。而此時不銹鋼金屬密封圈在介質(zhì)壓力作用下沿閥體通徑軸線方向與閥板同向移動并緊貼閥板，從而達(dá)到密封要求的密封比壓，滿足了反向密封的要求。
