[发明专利]一种四偏心蝶阀及密封环

说明书

技术领域

本发明属于蝶阀领域，特别是涉及一种四偏心蝶阀及密封环。

背景技术

为满足各种工况要求，蝶阀先后经历了从同心蝶阀向单偏心蝶阀、双偏心蝶阀和三偏心蝶阀的演变。

1.同心蝶阀

如图1所示，为同心蝶阀的结构示意图，包括阀体1、阀座2、碟板3、阀杆4和密封面的中性截面51，阀体中具有一阀门通道6，阀杆轴心、蝶板中心、阀体中心（阀门通道的中心）在同一位置上。结构简单、制造方便。常见的衬胶蝶阀即属于此类。缺点是由于蝶板与阀座之间始终处于挤压、刮擦状态，摩擦力大，磨损快。为克服挤压、刮擦，保证密封性能，阀座基本上采用橡胶或聚四氟乙烯等弹性材料，但也因而在使用上受到温度的限制，不能耐高温。

2.单偏心蝶阀

为解决同心蝶阀的蝶板与阀座之间的挤压、刮擦问题，由此产生了单偏心蝶阀，如图2所示。其结构特征为阀杆轴心偏离了蝶板中心，形成第一偏心11，从而使蝶板上下端不再成为回转轴心，分散、减轻了蝶板上下端与阀座的过度挤压。但由于单偏心结构的限制，在阀门的整个开关过程中，蝶板与阀座之间的刮擦现象并未消失，在应用范围上和同心蝶阀基本相同。

3.双偏心蝶阀

双偏心蝶阀是在单偏心蝶阀基础上的进一步改进，如图3所示。其结构特征为阀杆轴心既偏离蝶板中心，形成第一偏心11，也偏离阀体中心，形成第二偏心12。双偏心的结构使阀门开启后，蝶板能立刻脱离阀座，大幅度地消除了蝶板与阀座之间的不必要的过度挤压、刮擦现象，减小了开启、闭合摩擦力，降低了磨损，提高了阀座寿命。双偏心蝶阀也可以采用弹性金属阀座，提高了蝶阀在高温领域的应用。但因为其密封原理属位置密封，即蝶板与阀座的密封面为线接触，依靠蝶板挤压阀座所造成的弹性变形来实现密封，因此对关闭位置要求很高（特别是金属阀座），并且承压能力低、泄漏量大。

4.三偏心蝶阀

要耐高温，必须使用硬密封，但泄漏量大；要零泄漏，必须使用软密封，却不耐高温。为克服双偏心蝶阀这一矛盾，又对蝶阀进行了第三次偏心。其结构特征为在双偏心的阀杆轴心位置偏心的同时，使蝶板密封面的圆锥中心线偏斜于阀体中心线。也就是说，经过第三次偏心后，其密封截面不再是真圆，而是椭圆；其密封面形状也因此而不对称，一边倾斜于阀体中心线，另一边则平行于阀体中心线。第三次偏心的最大特点就是从根本上改变了密封结构，不再是位置密封，而是扭力密封；即不是依靠阀座的弹性变形，而是完全依靠蝶板与阀座之间的接触面压来达到密封效果，因此一举解决了金属阀座零泄漏这一难题，并因接触面压与介质压力是成正比的，耐高压高温也迎刃而解。

三偏心蝶阀存在的问题：由三偏心蝶阀的结构可知，在阀门关闭时，执行机构和介质压力产生的扭矩作用在密封面上，产生一定的密封比压，即蝶板和阀座的密封表面上会受到相互作用的压力N。在阀门开启或闭合的瞬间，蝶板和阀座的密封表面之间有运动的趋势，且存在着相互作用力，则二者之间就会必然存在一定的摩擦力，大小为fN，由于摩擦系数f是由材料确定的，因此摩擦力的大小只和压力N有关。

三偏心蝶阀的结构使其密封截面是椭圆。由力学分析可知压力N在密封截面的椭圆圆周上的分布并不是均匀的，而是如图5所示（以蝶板为例）。由上图可知压力N在密封截面的椭圆短轴处最大，在椭圆长轴处最小。因此在阀门开启或闭合的瞬间，蝶板和阀座的密封表面的摩擦力也是在椭圆短轴处最大，在椭圆长轴处最小。这样就会造成在阀门经过多次开启或闭合之后，蝶板和阀座的密封表面在椭圆短轴处磨损大，在椭圆长轴处磨损小，导致阀门泄漏量变大，使用寿命缩短。

发明内容

为了解决现有的蝶阀的密封面在椭圆短轴处磨损大，在椭圆长轴处磨损小，导致阀门泄漏量变大，使用寿命缩短。

本发明采用的技术方案是：包括阀杆、碟板、阀体、阀座和密封环，所述阀体具有一阀门通道，所述阀门通道的外侧设有阀座，所述碟板设置在阀门通道中，所述阀杆与碟板相连接，用于驱动碟板转动，所述碟板上安装有密封环，所述密封环在阀门关闭时与阀座之间形成密封面，所述阀杆的轴心线与密封面不相重合，所述阀杆的轴心线与所述阀门通道的中心线不相交；所述密封环的外表面与阀座的内表面相配合，并且为空间上一个椭圆锥外表面的一部分；所述密封环的截面为正圆或者近似正圆，所述密封环在阀门关闭时对应的椭圆锥的中心线与所述阀门通道的中心线不相平行。

优选地，所述密封环的外表面为椭圆锥在倒立设置时按照与水平面的夹角γ进行两次截取得到的两截面之间的椭圆锥面，所述夹角γ和椭圆锥的长轴半角α、短轴半角β满足如下关系：