阅读说明：本技术 一种四偏心蝶阀 (Four-eccentric butterfly valve ) 是由 林凯宇 邢懿 黄赛荣 徐艳华 刘辉 于 2019-11-26 设计创作，主要内容包括：一种四偏心蝶阀,包括阀体、密封圈、密封垫环、压板、蝶板、阀杆,密封垫环安装在蝶板的台阶上,密封圈压在密封垫环上,压板通过螺栓连接蝶板,阀杆通过销连接蝶板,阀体上密封面为正圆密封面,阀杆中心线与密封面中心线的偏心距e为第一偏心,阀杆中心线与蝶阀通道中心线的偏心距b为第二偏心,密封圈的密封面形成的锥体中心线与蝶阀通道中心线形成夹角α为第三偏心,密封面锥体内椭圆形密封面的短轴长度延短轴双向各延长偏心距f,使其短轴和长轴相等,偏心距f为第四偏心。本发明的有益效果是,通过增加一个偏心来完成椭圆密封面到正圆密封面的转变,解决了传统三偏心蝶阀椭圆密封面应力分布不均匀。(A four-eccentric butterfly valve comprises a valve body, a sealing ring, a sealing gasket ring, a pressing plate, a butterfly plate and a valve rod, wherein the sealing gasket ring is installed on a step of the butterfly plate, the sealing ring is pressed on the sealing gasket ring, the pressing plate is connected with the butterfly plate through a bolt, the valve rod is connected with the butterfly plate through a pin, the upper sealing surface of the valve body is a perfect circle sealing surface, the eccentric distance e between the central line of the valve rod and the central line of a sealing surface is a first eccentric, the eccentric distance b between the central line of the valve rod and the central line of a butterfly valve channel is a second eccentric, an included angle α is formed between the central line of a cone formed by the sealing surface of the sealing ring and the central line of the butterfly valve channel is a third eccentric, the length of a short shaft of an elliptic sealing surface in the cone of the sealing surface is respectively prolonged by an eccentric distance f along the two directions of the short shaft, so that the short shaft and the.)

一种四偏心蝶阀

技术领域

本发明涉及一种蝶阀，尤其是一种四偏心蝶阀。

背景技术

蝶阀在其发展历史上主要经历了以下几种结构形式的演变，分别为中线蝶阀、单偏心蝶阀、双偏心蝶阀和三偏心蝶阀。

目前三偏心蝶阀是适用范围较广、使用效果较好的一种蝶阀形式，三偏心蝶阀是在双偏心蝶阀的基础上增加再一个角度偏心，以减小第二偏心距，进而减小了开启力矩，但其密封面不再是一个圆形，而是一个椭圆形，其密封方式也由位置密封转变成扭力密封，这就意味着三偏心蝶阀适合做金属硬密封，既能耐高温高压，又具有阀门越关越紧的功能，密封效果能达到零泄漏。

然而三偏心蝶阀的缺点也比较明显，其椭圆形的密封面在介质压力和驱动装置扭力的共同作用下会出现密封面应力分布不均匀、密封面磨损不均匀等问题，如图1所示的密封面应力分布图，密封面在受到介质压力时，椭圆短轴处应力较集中，椭圆长轴处应力较分散，这就导致在蝶阀开启的瞬间，短轴处密封圈与阀体上密封处之间的摩擦力最大，长轴处密封圈与阀体上密封处之间的摩擦力最小，进而导致整个密封圈的不均匀磨损，在经过多次的开关动作后，蝶阀密封面的短轴处会先发生泄漏，进而减少密封圈使用寿命。

发明内容

为克服上述现有技术问题，本发明提供了一种使得密封面应力分布均匀，保证密封圈在经过多次的启闭后，整个密封面的微量磨损也是均匀，从根本上解决原本椭圆形密封面短轴处磨损快、长轴处磨损慢所导致的密封泄漏问题，提高蝶阀密封性能和密封圈的使用寿命的四偏心蝶阀。

本发明的技术方案是，一种四偏心蝶阀，包括阀体、密封圈、密封垫环、压板、蝶板、阀杆，密封垫环安装在蝶板的台阶上，密封圈压在密封垫环上，压板通过螺栓连接蝶板，阀杆通过销连接蝶板，阀体上密封面为正圆密封面，阀杆中心线与密封面中心线的偏心距e为第一偏心，阀杆中心线与蝶阀通道中心线的偏心距b为第二偏心，密封圈的密封面形成的锥体中心线与蝶阀通道中心线形成夹角α为第三偏心，密封面锥体内椭圆形密封面的短轴长度延短轴双向各延长偏心距f，使其短轴和长轴相等，偏心距f为第四偏心。

本发明的有益效果是，通过增加一个偏心来完成椭圆密封面到正圆密封面的转变，解决了传统三偏心蝶阀椭圆密封面应力分布不均匀，椭圆形密封面短轴处磨损快、长轴处磨损慢所导致的密封泄漏问题，能实现长期零泄漏，且延长了四偏心蝶阀密封圈的使用寿命；同时四偏心蝶阀由于改变了密封面形状，在四偏心蝶阀不干涉的前提下，其第二偏心可以设计的更小，进而减小了四偏心蝶阀的扭矩，降低了驱动装置的选型成本。

附图说明

图1是现有三偏心蝶阀密封面应力分布图；

图2是现有三偏心蝶阀密封面正圆锥示意图；

图3是现有三偏心蝶阀密封面正圆锥示意图A方向视图；

图4是现有三偏心蝶阀密封面俯视图；

图5是本发明结构示意图；

图6是本发明结构中密封面椭圆锥示意图；

图7是本发明结构中密封面椭圆锥示意图A方向视图；

图8是本发明结构中密封面俯视图；

图9是本发明中阀密封面应力分布图；

图10是现有三偏心蝶阀密封面形成的正圆锥三维图；

图11是本发明中密封面形成的椭圆锥三维图；

图12是本发明中密封圈形成的椭圆锥在XOY平面内的投影；

图13是本发明中密封圈形成的椭圆锥在OGH平面内的投影；

图14是G1H1与A1B1构成的平面与椭圆锥相交所得到的截面图形；

图15是图11的锥底面正视图。

图中：1.阀体；2.密封圈；3.密封垫环；4.压板；5.蝶板；6.阀杆；e.第一偏心；b.第二偏心；α.第三偏心；f.第四偏心。

具体实施方式

如图5-9所示，一种四偏心蝶阀，包括阀体、密封圈、密封垫环、压板、蝶板、阀杆，密封垫环安装在蝶板的台阶上，密封圈压在密封垫环上，压板通过螺栓连接蝶板，阀杆通过销连接蝶板，阀体上密封面为正圆密封面，阀杆中心线与密封面中心线的偏心距e为第一偏心，阀杆中心线与蝶阀通道中心线的偏心距b为第二偏心，密封圈的密封面形成的锥体中心线与蝶阀通道中心线形成夹角α为第三偏心，密封面锥体内椭圆形密封面的短轴长度延短轴双向各延长偏心距f，使其短轴和长轴相等，偏心距f为第四偏心。

设计计算原理：

如图10，底面为正圆形，其直径为AB的长度，设其半径为r，任意一条母线与圆锥中心线的夹角为θ，以正圆锥顶点O为空间直角坐标系的原点，以垂直于直线CD所在的平面为X轴，以平行于直线CD为Y轴，以垂直于XOY所在平面为Z轴，建立空间直角坐标系，用任意平面斜切该椭圆的母线得到的图形均为标准的椭圆面，直线CD所在的平面和直线EF所在的平面相互平行，且这两个平面切割该正圆锥所截到的上下两个面均为椭圆面，构成的立体图形即为三偏心蝶阀的密封圈，把该正圆锥的底面沿着三偏心密封面短轴双向各延长拉伸（即Z轴方向）至该椭圆形密封面为正圆形，此时原来的正圆锥已经变成椭圆锥，底面的正圆形已经成为椭圆形，底面在Z轴方向偏心距f则为第四个偏心。

如图11，底面为椭圆，直线AB为椭圆的短轴，直线GH为椭圆的长轴，在XOY平面内，短半轴对应的角度为直线OA与椭圆锥中心线的夹角设为θ，在XOZ平面内，长半轴对应的角度为直线OH与椭圆锥中心线的夹角设为θ₁，直线CD所在的平面与椭圆锥相交所得到的图形为正圆形，直线EF所在的平面与直线CD所在的平面平行，其与椭圆锥相交所得到的图形也为正圆形，直线CD所在的平面与直线EF所在的平面截出的实物正好是本发明的密封圈，其上下两端面均为正圆形。取XOY平面为研究坐标系，该椭圆锥在XOY平面内的投影如图12所示，直线AB为椭圆锥的短轴，点S为直线AB的中点，直线OS为椭圆锥的中心线（即直线OS与直线AB相互垂直），直线OS与直线CD交于点P，取直线CD的中点I，连接OI，延长直线OI，交直线AB与点T，用任何一个平行于直线CD所在平面的面去截这个椭圆锥，截出来的面均为正圆形面，且任意一个正圆形的中心点均在直线OT上，过点I做直线OS的垂线，交直线OS于点Q，垂点为点Q，交直线OB于点B₁，交直线OA于点A₁，过点D做直线OS的垂线，交直线OS于点K，设直线OS与阀体内通道中心线的夹角为α，

。

在此椭圆锥中只要推导出θ₁与θ、α之间的函数关系，就能确定此椭圆锥， 进而能通过进一步的几何关系转换推导出第四偏心f的值，其中θ和α的值是设 计者给定的，属于设计输入参数，详细的计算过程如下：

以图12为例，计算如下：

在△ODK中：∠DOK＝θ，

|DK|＝h

在ΔOCD中：

过点Q，做直线CD的平行线，与直线KD延长线交于点D1，且|QD₁|＝|ID|。

在△KQD₁中：

在△KDP中：

在△IPQ中：

在△OQA₁中：

在图11中，取该椭圆锥在OGH所构成平面内的投影如图13所示，图13中直线G₁H₁所在平面与图11中直线A₁B₁所在平面为同一平面，该平面与该椭圆锥相交所得到图形是与该椭圆锥底平行的椭圆形，从垂直于该椭圆形平面的方向看过去，得到图14，其中A₁B₁为该椭圆形的短轴，G₁H₁为该椭圆形的长轴，以图14中点S为原点，建立新的直角坐标系X₁SY₁。

在图13的△OQG₁中：

在图14中：

该椭圆在直角坐标系X₁SY₁中的椭圆方程为：

点I₂坐标为（X_I，-|IQ|），即（X_I，-

）

把I₂坐标、|G₁O|、|A₁O|的值代入到椭圆方程：

化解为一元二次方程后，求出两个解的差：

即点I₁和点I₂间的长度为：

在图14中，因为直线CD所在的平面与椭圆锥相交所得到的图形为正圆形，点I为该正圆形的中心，因此该正圆形的直径=|CD|=|I₁I₂|

即：

（关系式1）

由以上可知，关系式1是关于θ₁、θ、α三者之间的函数关系，其中θ和α是设计输入参数的，蝶阀设计者根据公司内部标准自行定义，θ₁可根据此关系式计算出数值。

返回图11的椭圆锥内:

，r为椭圆锥拉伸前的正圆锥底圆半径

即：

即：

在图12的△OAS中：

在图13的△OGS中：

图15为图11的锥底面正视图：

在图15中：第四偏心f的值为：

（关系式2）

综上，关系式2是关于θ₁、θ、r三者之间的函数关系，其中θ、r均属于设计自行定义输入参数，再通过上述关系式2得出第四偏心f的值，以上参数全部确定后，四偏心蝶阀设计的关键参数均为已知，其余的零部件设计按相关标准设计即可。

本技术方案通过增加一个偏心来完成椭圆密封面到正圆密封面的转变，解决了传统三偏心蝶阀椭圆密封面应力分布不均匀，椭圆形密封面短轴处磨损快、长轴处磨损慢所导致的密封泄漏问题，能实现长期零泄漏，且延长了四偏心蝶阀密封圈的使用寿命；同时四偏心蝶阀由于改变了密封面形状，在四偏心蝶阀不干涉的前提下，其第二偏心可以设计的更小，进而减小了四偏心蝶阀的扭矩，降低了驱动装置的选型成本。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。