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偏心蝶阀结构见图 1,主要由阀体、蝶板、阀杆和填料组成。图 1 中 L 为阀杆回转中心与阀体密封面的偏心距离(mm)。偏心蝶阀在介质正向流动实现密封功能时,阀杆扭矩在蝶板密封面施加的必需密封力为 FMF(N)。但由于介质力 FMJ(N)的作用,使密封面的实际密封力增大到 FMZZ,此时,密封面的实际密封力 FMZZ 为必需密封力 FMF和介质力 FMJ 之和,即:
FMZZ=FMF+FMJ (1)
其中:FMF=qMFA
式中,qMF 为为密封面必需密封比压,MPa;A 为密封面受压面积,mm2。
FMZZ 在密封面形成的密封比压由下式计算:
qz=FMZZ/A>qMF (2)
式中,qz 为密封面正向密封比压,MPa。
偏心蝶阀受反向介质力作用时,在同样的阀杆扭矩和介质力作用下,密封力为:
FMZF=FMF-FMJ (3)
式中,FMZF 为密封面的反向密封力,N。
FMZF 在密封面形成的密封比压由下式计算:
qF=FMZF/A
式中,qF 为密封面反向密封比压,MPa。
分析式(2)和式(4)可知,偏心蝶阀在正向介质力作用时,密封面的密封力 FMZZ 是阀杆作用力和正向介质力作用之和,介质正向流动容易实现密封。介质在反向流动时,由于介质力的作用,密封力减小,反向密封比压 qF 小于正向密封比压 qZ,且 qZ
必需密封力 FMF 是由阀杆施加在蝶板密封面上的作用力,正向密封时阀杆施加在蝶板密封面上的作用力是必需密封力。若使介质反向流动时能够保证密封,即 qF≥qMF,则:
FMZF=FMF+FMJ-FMJ=FMF (5)
由此可知,反向密封时阀杆施加在蝶板密封面上的作用力为必需密封力与介质力之和,反向密封时阀杆施加在蝶板密封面上的作用力大于正向密封时阀杆作用力。
1.2 阀杆弯曲变形对密封影响的分析
由于反向密封时阀杆施加在蝶板密封面上的作用力大于正向密封时阀杆作用力,因此,仅对介质反向流动时阀杆弯曲变形对偏心蝶阀的密封影响进行分析。介质反向流动,阀杆在克服密封面作用力的同时,还要克服介质力对阀杆的正压力。将阀杆受力简化为简支梁,见图 2。图 2 中 A、B 两点为阀体对阀杆的支点,C、D 两点是阀杆的受力点,作用力为 FFGF/2(FFGF 为蝶板密封面力和介质力对阀杆的作用力,N),根据力的平衡原理有:
FFGF=FMF+2FMJ (6)
FFGF 对阀杆产生的弯曲变形量为: