專利名稱：三偏心雙向自緊密封橡膠蝶閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種閥門，特別涉及的是橡膠密封蝶閥技術領域，確切的說是三偏心雙向自緊密封橡膠蝶閥。
背景技術：
橡膠密封蝶閥依其結構簡單制造工藝水平低，在目前一般工業(yè)常溫低壓管路中，特別在城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)建設中仍大量采用。目前橡膠密封蝶閥的密封結構主要有兩種形式。一種是中軸對稱型橡膠密封蝶閥，這種蝶閥主要依靠蝶板與橡膠閥座的過盈配合形成密封力，蝶板對橡膠閥座過盈壓縮量的大小決定了密封比壓的高低。一般這種蝶閥的過盈壓縮量為1.4～2.2mm，所能夠形成的比壓在0.8～2Mpa之間。這種閥門在關閉狀態(tài)時橡膠閥座處于過盈壓縮變形之中，處于開啟狀態(tài)時，蝶板與橡膠閥座上下端的結合部位仍始終處于壓縮變形之中。長期在這種壓縮狀態(tài)下橡膠材料極易老化而失去彈性，由此因橡膠材料老化而使必須密封比壓升高到一定程度時閥門便開始泄漏。特別當閥門處于關閉狀態(tài)時，橡膠閥座上下端結合部位容易滲漏點產(chǎn)生泄漏后，壓力介質(zhì)將滲漏到閥體與橡膠閥座之間的縫隙之中，而使橡膠閥座的出水端內(nèi)圓鼓起而產(chǎn)生漲圈，這時蝶板被憋死而無法開啟。所以這種閥門的密封可靠性和使用壽命是很有限的，它只適用于經(jīng)常開關啟閉且容易更換的部位。另外由于橡膠閥座截面尺寸大，耗用橡膠材料多，故生產(chǎn)成本高。
另外一種橡膠蝶閥是偏心式橡膠密封蝶閥，這種蝶閥的密封結構主要是為了克服中軸對稱型蝶閥的橡膠閥座由于過盈壓縮變形迅速老化失效的問題。這種產(chǎn)品的密封結構是將橡膠閥座偏離蝶板、閥桿和閥體中心，同時閥桿的回轉(zhuǎn)中心也偏離閥體中心，從而形成雙偏心結構。這樣在閥門打開處于開啟狀態(tài)時蝶板外圓即完全脫離橡膠閥座，偏心橡膠閥座的密封面部位便處于無壓縮的自由狀態(tài)，解決了橡膠閥座由于壓縮變形產(chǎn)生的老化失效問題。但是這兩種密封副是完全不同的兩種密封結構。中軸對稱型蝶閥橡膠閥座過盈壓縮量的多少取決于介質(zhì)公稱壓力的高低，它與介質(zhì)作用力的方向無關。所以中軸對稱型橡膠密封蝶閥對介質(zhì)的流動方向沒有限制，即可以雙向密封。而偏心式橡膠密封蝶閥卻不同，它是依靠蝶板關閉后對偏心閥座產(chǎn)生的壓緊力形成密封力。這個壓緊力有兩個力合成，一個是蝶板圓弧密封面中心和偏心閥座密封面中心對閥桿的中心在設計時是按過盈配合設計的，這樣閥門關閉時，蝶板外圓密封面即緊壓在閥座上，這就是關閉強制力。另一個就是介質(zhì)作用力。兩個力共同通過蝶板作用在偏心橡膠閥座上并形成一定的比壓，這就是實際密封比壓q。一般工業(yè)用密封閥門設計的基本原理是必須滿足實際密封比壓q大于必須密封比壓qMF，同時又小于密封材料的許用比壓[q]，閥門才能可靠密封，它們的關系式是qMF＜q＜[q]。但是當介質(zhì)作用力的方向發(fā)生變化后，即管路中介質(zhì)的流動方向相反時，這種偏心式橡膠蝶閥就會出現(xiàn)q＜qMF的情況，這時閥門就要泄漏。所以類似這種偏心結構的密封蝶閥都屬于單方向密封閥門。
由于以上產(chǎn)品的密封機理均屬于壓力強制密封，所以閥門開關啟閉時的力矩特別大，由于橡膠閥座的截面結構尺寸大，所以橡膠材料的用量就特別高，從而增加了生產(chǎn)成本，因此上述產(chǎn)品的密封性能及結構的合理性都有明顯的缺陷和不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結構更簡單，密封性能更可靠，且完全可以雙向密封，使用壽命特長、扭轉(zhuǎn)力矩更小和生產(chǎn)成本更低的三偏心雙向自緊密封橡膠蝶閥。其技術和結構方案是這樣實現(xiàn)的包括閥體、閥桿、蝶板、壓圈和橡膠密封圈等零部件在內(nèi)的結構，橡膠密封圈由壓圈固定安裝在蝶板上，其特征在于橡膠密封圈的截面結構是將其扁方圓頭與蝶板和壓圈之間的橡膠墊片組合為一體，形成扁方-圓頭形狀的組合式橡膠圈，蝶閥關閉時橡膠圈外圓的自緊壓縮量Sq按以下公式計算Sq＝0.1564d+0.1069 (mm)式中Sq——自緊壓縮量(mm)d——橡膠圈扁方圓頭的截面直徑(mm)；橡膠密封圈的截面形狀，由蝶板和壓圈形成的溝槽寬度＝橡膠圈自由狀態(tài)時扁方圓頭的軸向厚度，密封面的兩側(cè)必須加工過渡圓弧，過渡圓弧尺寸≥自緊壓縮量Sq，按Sq圓整為毫米整數(shù)確定，蝶板外圓與閥體密封面內(nèi)孔的配合間隙為δ，其最小間隙δmin＝Sq/5，最大間隙δmax＝Sq/3。
實施該技術后的明顯效果是采用了組合式橡膠圈。成功地實現(xiàn)了將自緊密封原理應用到蝶閥產(chǎn)品的設計上，從而使密封性能更可靠，并且完全可以雙向密封。由于橡膠圈截面尺寸小，從而使價格昂貴的橡膠材料的消耗大幅度下降。由于自緊密封結構的密封面摩擦力矩比強制密封結構要小得多，所以選用的閥門驅(qū)動裝置及相關零部件都要小得多，由于閥體密封面采用了接觸脫離性能最優(yōu)越的三偏心斜截圓錐密封面，以及經(jīng)過嚴格計算合理確定橡膠圈壓縮量Sq和配合間隙δ，并且合理確定密封面過渡圓弧的大小，有效避免了橡膠圈發(fā)生“切邊”和“擠隙”的現(xiàn)象，從而使橡膠圈的使用壽命提高了2倍，綜合生產(chǎn)成本大幅度下降50％。


圖1為三偏心雙向自緊密封橡膠蝶閥的結構示意圖。
圖2為圖1的俯視剖面圖。
圖3為橡膠圈截面結構圖。
圖4為介質(zhì)作用力p＝0時橡膠圈外圓弧R的壓縮變形圖。
圖5為介質(zhì)作用力p的方向為正方向時橡膠圈外圓弧R的壓縮變形圖。
圖6為介質(zhì)作用力p的方向為反方向時橡膠圈外圓弧R的壓縮變形圖；其中，1-閥體、2-閥桿、3-蝶板、4-壓圈、5-橡膠圈；
具體實施例方式以下結合附圖用公稱通經(jīng)DN300三偏心雙向自緊密封橡膠蝶閥為例，對本發(fā)明作進一步描述。
見附圖1、2，三偏心雙向自緊密封橡膠蝶閥由閥體(1)、閥桿(2)、蝶板(3)、壓圈(4)和橡膠圈(5)等零件組成，其中蝶板(3)通過閥桿(2)與閥體(1)裝配在一起，蝶板(3)與閥桿(2)通過定位銷形成一體。
見附圖1、2、3、4、5、6，當閥桿(2)由驅(qū)動裝置作90°回轉(zhuǎn)時，蝶板亦同時回轉(zhuǎn)實現(xiàn)閥門的開啟與關閉(圖2中的虛線圖形為蝶板的開啟狀態(tài))。橡膠圈(5)的截面結構是其外圓弧為R的扁方圓頭部分被封閉在由壓圈(4)和蝶板(3)形成的溝槽中，溝槽寬度＝橡膠圈自由狀態(tài)時扁方圓頭的軸向厚度，R＝2.5，B＝2R＝5，B為橡膠圈自由狀態(tài)時扁方圓頭的軸向厚度，也就是扁方圓頭的截面直徑d，這樣，蝶板和壓圈形成的溝槽寬度＝5。
當閥門管路中介質(zhì)作用力p＝0時，橡膠圈外圓弧R壓縮變形，并形成予密封壓縮力，即初始接觸壓應力p1，(p1相當于傳統(tǒng)閥門設計中的必須密封比壓qMF)，由計算公式p1＝E*f*εc(MPa)計算確定式中p1—初始接觸壓應力(MPa)。
E__密封材料的彈性模量，采用硬度為邵爾A70度的丁晴橡膠，取4MPa。
f__與橡膠圈材料有關的系數(shù)，取1.27εc__橡膠圈外圓壓縮率εc＝Sq/dSq__橡膠圈自緊壓縮量(mm)d__橡膠圈截面圓弧直徑(mm)將DN300的有關數(shù)據(jù)代入以上公式p1＝4×1.27×[(0.1564×2.5×2+0.1069)/(2.5×2)]＝4×1.27×0.1778＝0.9032MPa由于橡膠是一種粘彈性材料，類似于高粘度流體，它可以將介質(zhì)壓力直接傳遞給閥體密封面，這時介質(zhì)壓力通過橡膠圈傳遞給閥體密封面的作用力為p2，當閥門管路中介質(zhì)壓力為公稱壓力PN時，介質(zhì)作用力p2＝PN，這時橡膠圈作用在閥體密封面上的實際壓應力為q，很顯然q＝p1+p2，將DN300的有關數(shù)據(jù)代入本公式q＝0.9032+1.6＝2.5032MPa，由于橡膠材料的許用壓應力[q]＝5MPa，所以以上計算結果完全符合閥門設計的基本原理，即關系式qMF＜q＜[q]的規(guī)定和要求，符合密封原理。
由于橡膠圈的自緊壓縮量Sq＝0.1564d+0.1069，DN300的Sq＝0.1564×2.5×2+0.1069＝0.889，將此結果圓整為毫米整數(shù)等于1，所以DN300閥體密封面兩側(cè)的過渡圓弧r取1。
為保證橡膠圈不發(fā)生“擠隙”現(xiàn)象，蝶板外圓與閥體密封面內(nèi)孔配合的最小間隙δmin＝Sq/5，最大間隙δmax＝Sq/3。將DN300的Sq值代入這兩個公式得δmin＝0.889/5＝0.178，δmax＝0.889/3＝0.296，然后將此結果與國家標準《公差配合》相比較，在間隙配合中比較接近H8/d8級的動配合，故蝶板外圓與閥體密封面內(nèi)孔的配合為280H8/d8。
由圖5、6可以看出橡膠圈(5)在蝶板(3)和壓圈(4)的溝槽中始終處于自由狀態(tài)，當介質(zhì)作用力方向發(fā)生改變時，橡膠圈的壓縮變形也就隨之改變，所以可以可靠地實現(xiàn)雙向自緊密封。
由圖3可以看出本發(fā)明的橡膠圈的截面積很小，只有60mm2，而相同規(guī)格的中軸對稱型橡膠蝶閥的橡膠閥座截面積卻高達548mm2，偏心式橡膠蝶閥的橡膠閥座截面積也有160mm2，分別是本發(fā)明的橡膠圈的9.13倍和2.67倍，所以其材料成本明顯下降。
從以上的描述，可以看出由于閥體密封面采用了接觸脫離性能最優(yōu)越的三偏心斜截圓錐密封面，以及合理確定蝶板外圓與閥體密封面內(nèi)孔的配合間隙、合理的確定密封面各過渡圓弧的尺寸，完全避免了橡膠圈發(fā)生“擠隙”和“切邊”的現(xiàn)象，確保了橡膠圈的使用壽命，經(jīng)測試，樣機的壽命試驗，開關次數(shù)高達4萬次，橡膠圈仍完好無損，取得了非常滿意的效果。
權利要求
1.三偏心雙向自緊密封橡膠蝶閥，包括閥體、閥桿、蝶板、壓圈和橡膠密封圈等零部件在內(nèi)的結構，橡膠密封圈由壓圈固定安裝在蝶板上，其特征在于其截面結構是將橡膠密封圈的扁方圓頭與蝶板和壓圈之間的橡膠墊片組合為一體，形成扁方-圓頭的組合式橡膠密封圈，蝶閥關閉時橡膠圈外圓的自緊壓縮量Sq按以下公式計算Sq＝0.1564d+0.1069 (mm)式中Sq——自緊壓縮量(mm)d——橡膠圈扁方圓頭的截面直徑(mm)。
2.根據(jù)權利要求1所述的三偏心雙向自緊密封橡膠蝶閥其特征在于橡膠密封圈的截面形狀，由蝶板和壓圈形成的溝槽寬度＝橡膠圈自由狀態(tài)時扁方圓頭的軸向厚度。
3.根據(jù)權利要求1所述的三偏心雙向自緊密封橡膠蝶閥其特征在于閥體密封面的兩側(cè)必須加工過渡圓弧，過渡圓弧尺寸≥自緊壓縮量Sq，按Sq圓整為毫米整數(shù)確定。
4.根據(jù)權利要求1所述的三偏心雙向自緊密封橡膠蝶閥其特征在于蝶板外圓與閥體密封面內(nèi)孔的配合間隙δ，其最小間隙δmin＝Sq/5，最大間隙δmax＝Sq/3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種橡膠密封蝶閥，采用了組合式扁方圓頭橡膠密封圈，橡膠密封圈的截面結構按自緊密封原理設計計算，閥體密封面采用了接觸脫離性能最優(yōu)越的三偏心斜截圓錐密封面，這種密封形式不但結構簡單、密封性能可靠，而且完全達到了“雙向密封”的性能要求，由于自緊密封結構的密封力小，蝶板上的介質(zhì)作用力不直接作用在密封面上，所以密封面的摩擦力矩很小，橡膠密封圈的使用壽命提高2倍以上，由于橡膠密封圈截面尺寸小，可以節(jié)省大量橡膠材料，使生產(chǎn)成本和材料成本明顯下降。
文檔編號F16K1/226GK101070920SQ20061002644
公開日2007年11月14日 申請日期2006年5月11日 優(yōu)先權日2006年5月11日
發(fā)明者孫茂滕, 楊瑞成 申請人:上海茂德企業(yè)發(fā)展有限公司