本發(fā)明涉及三偏心蝶閥技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種正圓截面三偏心蝶閥的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

蝶閥是指盤形閥板(蝶板)圍繞閥桿旋轉(zhuǎn)來達(dá)到開啟與關(guān)閉的一種閥門，在管道上主要起截?cái)嗪凸?jié)流的作用，在工程中應(yīng)用非常廣泛。傳統(tǒng)的中線蝶閥經(jīng)多次改進(jìn)，相繼發(fā)展了單偏心(軸向偏心)、雙偏心(軸向偏心、徑向偏心)、三偏心(軸向偏心、徑向偏心、角偏心)蝶閥。三偏心蝶閥閥板密封面相對于閥座密封面漸出脫離和漸入壓緊，從而在打開和關(guān)閉的整個過程中，達(dá)到了減小摩擦的目的。

公知的三偏心蝶閥閥座/閥板采用內(nèi)/外圓錐面密封副，流道中心線垂截面為橢圓。其一，裝配工藝性差。其二，橢圓截面長短軸變形不協(xié)調(diào)。專利號“2014102518195”中公布了一種正圓密封面的蝶閥，其密封面是斜置橢圓錐體的一部分，可以克服上述問題。但三偏心蝶閥參數(shù)選擇難度大，易出現(xiàn)干涉，而該專利沒有涉及相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于減小摩擦及克服干涉問題的正圓截面三偏心蝶閥的設(shè)計(jì)方法。

考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，根據(jù)本發(fā)明公開的一個方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種正圓截面三偏心蝶閥，包括閥座、閥板及轉(zhuǎn)軸，所述閥座采用內(nèi)橢圓錐面構(gòu)成靜密封面，所述閥板采用外橢圓錐面構(gòu)成動密封面，所述轉(zhuǎn)軸與所述閥板偏心連接，通過所述靜密封面與所述動密封面的配合實(shí)現(xiàn)密封，閥座/閥板上所有垂直于流道中心線的截面為正圓。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步的技術(shù)方案是：

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，所述動密封面與所述靜密封面組成一對硬密封副。

一種正圓截面三偏心蝶閥的設(shè)計(jì)方法，包括：

ⅰ)建立直角坐標(biāo)系

建立直角坐標(biāo)系,以閥板中性面為yoz面、豎直方向?yàn)閥軸、流道中心線為x軸、閥板中性面與流道中心線的交點(diǎn)為o點(diǎn)；

ⅱ)確定閥板上、下接觸線的直線方程

直線ab的方程

直線am的方程

其中，沿xy面剖切閥板得到上接觸線最高點(diǎn)b、下接觸線最低點(diǎn)m點(diǎn)，上、下接觸線的延長線相較于a點(diǎn)，直線ab為上接觸線所在直線，直線am為下接觸線所在直線，d為中性面直徑，錐角∠bam＝2θ，為偏心角；

ⅲ)確定閥板外表面的曲面方程

閥板上所有垂直于流道中心線的截面都是正圓，所述正圓的圓心在直線oa上，確定閥板上任意一個垂直于流道中心線的正圓截面半徑基于以上得到閥板外表面的曲面方程為：

式中，e為閥板厚度。

本發(fā)明還可以是：

一種檢驗(yàn)正圓截面三偏心蝶閥干涉的方法，包括：

將閥板離散為平行xoy平面的m個截面，再將截面上的兩條接觸線分別離散為n個點(diǎn)，其中第i個點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心的距離該截面不發(fā)生干涉的充要條件是di＜di+1(1≤i＜n)，其中，e為徑向偏心距，c為軸向偏心距離。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，由

及曲面方程

得到

將(xi,yi)代入公式

即可確定接觸線上任意一點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心h的距離，其中，夾角∠oaf＝α，f為a點(diǎn)垂直于閥板中性面的點(diǎn)，wj為截面到xoy平面的距離。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，通過最大化建立正圓截面無干涉三偏心蝶閥優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，其模型為：

其中，dr表示轉(zhuǎn)軸直徑，fm表示摩擦系數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是：

本發(fā)明的一種正圓截面三偏心蝶閥及其設(shè)計(jì)與干涉檢驗(yàn)方法，1)在打開和關(guān)閉的整個過程中，減小了摩擦；2)便于三偏心蝶閥的設(shè)計(jì)，及參數(shù)的選擇和優(yōu)化；3)可以方便對三偏心蝶閥干涉的檢驗(yàn)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中易出現(xiàn)干涉的問題。

附圖說明

為了更清楚的說明本申請文件實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是對本申請文件中一些實(shí)施例的參考，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可以根據(jù)這些附圖得到其它的附圖。

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的正圓截面三偏心蝶閥的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的閥板的剖面示意圖。

圖2b為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的閥板的正面示意圖。

圖3a為根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的閥板的側(cè)面示意圖。

圖3b為根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的閥板的正面示意圖。

其中，附圖中的附圖標(biāo)記所對應(yīng)的名稱為：

1－轉(zhuǎn)軸，2－閥板，3－閥座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

如圖1所示，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的正圓截面三偏心蝶閥的結(jié)構(gòu)，一種正圓截面三偏心蝶閥，包括閥座3、閥板2及轉(zhuǎn)軸1，所述閥座3采用內(nèi)橢圓錐面構(gòu)成靜密封面，所述閥板2采用外橢圓錐面構(gòu)成動密封面，所述轉(zhuǎn)軸1與所述閥板偏心連接，動密封面與所述靜密封面組成一對硬密封副，通過所述靜密封面與所述動密封面的配合實(shí)現(xiàn)密封，閥座3/閥板2上所有垂直于流道中心線的截面為正圓。

如圖2a和圖2b所示，一種正圓截面三偏心蝶閥的設(shè)計(jì)方法，包括：

建立直角坐標(biāo)系,以閥板中性面為yoz面、豎直方向?yàn)閥軸、流道中心線為x軸、閥板中性面與流道中心線的交點(diǎn)為o點(diǎn)；

過流道中心且垂直于閥板的截面，其中，c為軸向偏心距離，即回轉(zhuǎn)中心h到閥板中性面的距離，e為徑向偏心距離，即回轉(zhuǎn)中心h到流道中心線的距離，為偏心角，即橢圓錐面軸線與流道中心線之間的角度。錐角∠bam＝2θ，閥板厚度為e，閥板中性面直徑為d。

閥板上所有垂直于流道中心線的截面都是正圓，這些正圓的圓心在直線oa上。令夾角∠oaf＝α，則由α、直線ab的方程與直線ac的方程確定閥板上任意一個垂直于流道中心線的正圓截面半徑因此，閥板外表面的曲面方程為：

式中，

根據(jù)閥板的開啟運(yùn)動過程，提出一種干涉檢驗(yàn)涉方法，具體地：

將閥板離散為平行xoy平面的m個截面，再將截面上的兩條接觸線分別離散為n個點(diǎn)，其中第i個點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心的距離該截面不發(fā)生干涉的充要條件是di＜di+1(1≤i＜n)。

如圖3a和圖3b所示，本發(fā)明提出的設(shè)計(jì)方法將上述充要條件轉(zhuǎn)化為優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，其特點(diǎn)一在于：由及曲面方程得到將(xi,yi)代入公式即可確定接觸線上任意一點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心h的距離，其中，夾角∠oaf＝α，f為a點(diǎn)垂直于閥板中性面的點(diǎn)，wj為截面到xoy平面的距離。

其特點(diǎn)二在于：通過最大化可實(shí)現(xiàn)無干涉，提高密封比壓，減小摩擦的優(yōu)化目標(biāo)。結(jié)合設(shè)計(jì)變量c、e、θ實(shí)際情況的統(tǒng)籌考慮，建立正圓截面無干涉三偏心蝶閥優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，其模型為：

其中，dr表示轉(zhuǎn)軸直徑，fm表示摩擦系數(shù)。

本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似部分相互參見即可。

在本說明書中所談到的“一個實(shí)施例”、“另一個實(shí)施例”、“實(shí)施例”、等，指的是結(jié)合該實(shí)施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)包括在本申請概括性描述的至少一個實(shí)施例中。在說明書中多個地方出現(xiàn)同種表述不是一定指的是同一個實(shí)施例。進(jìn)一步來說，結(jié)合任一實(shí)施例描述一個具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)時，所要主張的是結(jié)合其他實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

盡管這里參照本發(fā)明的多個解釋性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體地說，在本申請公開和權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進(jìn)行多種變型和改進(jìn)。除了對組成部件和/或布局進(jìn)行的變型和改進(jìn)外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其他的用途也將是明顯的。