一种催化烟气用高温切断蝶阀及其密封圈密封曲面的计算
方法
技术领域
背景技术
[0002] 目前，用于切断的蝶阀主要有单偏心、双偏心及三偏心结构的蝶阀，而能够实现金属对金属严密切断的结构仅有三偏心结构。由于现有的应用于高温工况的金属密封蝶阀在
密封性、动作灵活性等方面存在
缺陷，故在高温工况下几乎没有采用蝶阀作为严密切断的形式，但是由于现代工业装置的大型化，有需要一种结构紧凑、重量轻的大口径高温切断阀
门。现有的蝶阀由于在轴系
支撑、密封副、系统刚性等方面没有与阀门高温操作工况结合起来，故不能适应高于400℃时的操作要求。因为由于流通的介质
温度较高，阀门轴受热后会沿轴向方向伸长，带动安装于其上的阀板移动，最终导致阀板上的密封圈紧密与
阀座接触，导致无法开启阀门，此外，密封圈长期磨损后，密封圈与阀座出现间隙导致密封不严密，降低阀门的使用寿命。而且由于流通介质压
力较高，阀门轴完全
变形，阀门轴两端的轴颈卡在
轴承内，出现卡死的现象，因此现有的切断蝶阀无法应用在高于400℃时的操作要求。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服
现有技术的缺点，提供一种结构合理、运行可靠、密封严密、使用寿命长的催化烟气用高温切断蝶阀及其密封圈密封曲面的计算方法。
[0004] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种催化烟气用高温切断蝶阀，它包括
阀体、阀板和阀门轴，所述的阀体内设置有介质流道，介质流道内设置有锥形阀座，所述的阀体上且位于介质流道的左右侧均开设有台阶孔，台阶孔内设置有轴支撑结构，轴支撑结构包括
轴承内圈、
轴承外圈、
定位环、润滑酯添加装置和吹扫装置，定位环固定于台阶孔的小孔内，定位环的一端伸入介质流道内，
轴承外圈设置于台阶孔的大孔内，轴承外圈内开设有球形槽，轴承外圈内设置有可绕球形槽轴线旋转的
轴承内圈，轴承内圈中部开设置有贯穿轴承内圈的安装孔，安装孔与定位环连通，所述的轴承外圈上还设置有惰性气体入口和连通球形槽的润滑酯槽，润滑酯槽处连接有润滑酯添加装置，惰性气体入口与定位环连通且惰性气体入口处连接有吹扫装置，所述的阀门轴左右两端的轴颈分别安装于两个轴支撑结构的安装孔内，阀门轴上安装有沿轴向布置的平键，所述的阀板内开设有滑槽，阀板经滑槽与平键相配合滑动安装于阀门轴上，阀板的左右端部分别抵压于两个定位环之间，阀板外圈上安装有与锥形阀座配合的密封圈。
[0005] 所述的两个轴支撑结构对称设置。
[0006] 所述的惰性气体入口位于定位环与润滑酯槽之间。
[0007] 所述的高温切断蝶阀的密封圈密封曲面的计算方法，它包括以下步骤：
[0008] S1、切入
角的计算，其具体计算步骤为：延长锥形阀座，以O1为锥
顶点，以O2为阀门轴的轴线；设密封圈与锥形阀座上端部的切点为A，密封圈与锥形阀座下端部的切点为B；建立切入角计算图；通过已建立的切入角计算图计算出A点的切入角为 B点的切入角为 在常温工况下：a1≈a2≥1～2°+tan-1f；在高温工况下：a1≈a2≥7～8°+tan-1f，其中b为O2到密封圈的
水平距离，h为O2到A点的垂向距离，n为O2到B点的垂向距离，q为O1O2与O1A之间的夹角，r为O1O2与水平面之间的夹角，f为锥形阀座密封面与-1
密封圈密封表面之间的
摩擦系数，(tan f)为摩擦角；
[0009] S2、密封圈高阶密封曲线的计算，其具体计算步骤为：
[0010] S2(I)、延长A和B点处的切入角，相交处为O点，X轴为∠AOB的角平分线，Y轴垂直于X轴；
[0011] S2(II)、根据抛物线的定义，抛物线上的点到焦点的距离等于该点到准线的距离，设焦点为F(x0,y0)，准线方程l：y＝k0x+b0，则抛物线方程为：
[0012]
[0013] 因此，只要解得四个未知数x0,y0,k0,b0，即可求得此任意抛物线，[0014] S2(III)、设切入点A和B点的坐标分别为A(x1,y1)、B(x2,y2)，
[0015] 将A(x1,y1)代入(1)式得：
[0016]
[0017] 将B(x2,y2)代入(1)式得：
[0018]
[0019] S2(IV)由于OA和OB是过O点的两条切线，则OA与OB的斜率互为相反数，因此OA的斜率为 将公式(1)式对x求导得：
[0020]
[0021] 将A(x1,y1)及 代入式公式(4)得：
[0022]
[0023] 将B(x2,y2)及 代入公式(4)得：
[0024]
[0025] 联立式公式(2)、(3)、(5)、(6)即可求得抛物线方程，即为密封圈高阶密封曲线；
[0026] S3、以步骤S2中的高阶密封曲线作为
母线绕曲线的对称轴线旋转360度得到的回转体，并以AB两个切入点为边界
切除边界以外的部分即得到密封圈的密封曲面。
[0027] 本发明具有以下优点：
[0028] (1)密封切入角是阀门密封副不被卡死的关键，通过偏心配合优化，得到合理的密封切入角，同时高阶化的密封圈密封曲面设计，使密封切入角在密封磨损后也不会发生变化，保持了长久的密封动作灵活性，同时保证了阀门的密封严密性。
[0029] (3)本发明消除了由于阀门轴热胀冷缩导致密封圈与锥形阀座不能精确定位的现象，因此保证了在高低温状态下密封圈与锥形阀座密封的可靠性及动作的可靠性。
[0030] (4)适应挠性弯曲的轴承内圈与轴承外圈的配合，阀门轴在高温高压介质双重作用下受载弹性弯曲时，由于阀门轴与轴承内圈具有相同弯曲角，保证了阀门轴依然能自由灵活转动。
[0031] (5)本发明具有介质吹扫功能，阻止介质颗粒经定位环进入轴承内，避免了出现介质颗粒卡死轴承的现象。
附图说明
[0032] 图1为本发明的结构示意图；
[0033] 图2为图1的A-A剖视图；
[0034] 图3为图2的I部局部放大视图
[0035] 图4为轴支撑结构的结构示意图；
[0036] 图5为切入角计算图；
[0037] 图6为密封圈高阶密封曲线的计算图；
[0038] 图中，1-阀体，2-阀板，3-阀门轴，4-介质流道，5-锥形阀座，6-台阶孔，7-轴承内圈，8-轴承外圈，10-定位环，11-润滑酯添加装置，12-吹扫装置，13-球形槽，14-安装孔，15-惰性气体入口，16-润滑酯槽，17-平键，18-滑槽，19-密封圈。
具体实施方式
[0039] 下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
[0040] 如图1～4所示，一种催化烟气用高温切断蝶阀，它包括阀体1、阀板2和阀门轴3，所述的阀体1内设置有介质流道4，介质流道4内设置有锥形阀座5，所述的阀体1上且位于介质流道4的左右侧均开设有台阶孔6，台阶孔6内设置有轴支撑结构，两个轴支撑结构对称设置，轴支撑结构包括轴承内圈7、轴承外圈8、定位环10、润滑酯添加装置11和吹扫装置12，定位环10固定于台阶孔6的小孔内，定位环10的一端伸入介质流道4内，轴承外圈8设置于台阶孔6的大孔内，轴承外圈8内开设有球形槽13，轴承外圈8内设置有可绕球形槽13轴线旋转的轴承内圈7，即轴承内圈7的外部的球体与轴承外圈8的球形槽13相配合，轴承内圈7可在轴承外圈8做任意方向的自由转动，轴承内圈7中部开设置有贯穿轴承内圈7的安装孔14，安装孔14与定位环10连通。由于轴承内圈7与轴承外圈8的自由配合，阀门轴3在高温高压介质双重作用下受载弹性弯曲时，由于阀门轴3与轴承内圈7具有相同弯曲角，保证了阀门轴3依然能自由灵活转动，避免阀门轴与安装孔形成
过盈配合而无法转动。
[0041] 所述的轴承外圈8上还设置有惰性气体入口15和连通球形槽13的润滑酯槽16，惰性气体入口15位于定位环10与润滑酯槽16之间，润滑酯槽16为环形状，润滑酯槽16处连接有润滑酯添加装置11，因此可通过润滑润滑酯添加装置11经润滑酯槽16向轴承内圈7和轴承外圈8接触面定期加入注酯润滑，保证轴承的良好润滑。惰性气体入口15与定位环10连通且惰性气体入口15处连接有吹扫装置12，所述的阀门轴3左右两端的轴颈分别安装于两个轴支撑结构的安装孔14内，阀门轴3上安装有沿轴向布置的平键17，所述的阀板2内开设有滑槽18，阀板2经滑槽18与平键17相配合滑动安装于阀门轴3上，阀板2的左右端部分别抵压于两个定位环10之间，阀板2外圈上安装有与锥形阀座5配合的密封圈19。
[0042] 本发明的工作过程如下：当要导通介质时，转动阀门轴3，由于阀板2与阀门轴3之间连接有平键17，平键17将转矩传递给阀板2，阀板2上的密封圈19与锥形阀座分离，介质导通，当流通的高温介质将温度传递到阀门轴3后，阀门轴3向两端伸长，由于阀板2的
位置是被两个定位环10限制，此时阀门轴3只能通过平键17沿滑槽18移动而不会带动阀板2移动，从而有效消除了阀门轴热胀冷缩导致密封圈19与锥形阀座5不能精确定位的现象，避免了密封圈19卡死在锥形阀座5上而无法导通或关闭介质，保证了在高低温状态下密封圈与锥形阀座密封的可靠性及动作的可靠性；当阀门工作时，吹扫装置12经惰性气体入口15向定位环10内吹入惰性介质不会污染烟气介质，惰性介质吹出接近于轴端、定位环10的颗粒物介质，防止轴承被卡死。
[0043] 所述的高温切断蝶阀的密封圈密封曲面的计算方法，它包括以下步骤：
[0044] S1、切入角的计算，其具体计算步骤为：延长锥形阀座5，以O1为锥顶点，以O2为阀门轴3的轴线；设密封圈19与锥形阀座5上端部的切点为A，密封圈19与锥形阀座5下端部的切点为B；建立切入角计算图，如图5所示，其中虚线为锥形阀座5的延长线；通过已建立的切入角计算图计算出A点的切入角为 B点的切入角为 在常温工况下：a1≈a2≥1～2°+tan-1f；在高温工况下：a1≈a2≥7～8°+tan-1f，其中b为O2到密封圈19的水平距离，h为O2到A点的垂向距离，n为O2到B点的垂向距离，q为O1O2与O1A之间的夹角，r为O1O2与水平面之间的夹角，f为锥形阀座密封面与密封圈密封表面之间的摩擦系数，(tan-1f)为摩擦角；
[0045] S2、如图6所示，密封圈高阶密封曲线的计算，其具体计算步骤为：
[0046] S2I、延长A和B点处的切入角，相交处为O点，X轴为∠AOB的角平分线，Y轴垂直于X轴；S2II、根据抛物线的定义，抛物线上的点到焦点的距离等于该点到准线的距离，设焦点为F(x0,y0)，准线方程l：y＝k0x+b0，则抛物线方程为：
[0047]
[0048] 因此，只要解得四个未知数x0,y0,k0,b0，即可求得此任意抛物线，[0049] S2III、设切入点A和B点的坐标分别为A(x1,y1)、B(x2,y2)，
[0050] 将A(x1,y1)代入1式得：
[0051]
[0052] 将B(x2,y2)代入1式得：
[0053]
[0054] S2IV由于OA和OB是过O点的两条切线，则OA与OB的斜率互为相反数，因此OA的斜率为 将公式1式对x求导得：
[0055]
[0056] 将A(x1,y1)及 代入式公式4得：
[0057]
[0058] 将B(x2,y2)及 代入公式4得：
[0059]
[0060] 联立式公式2、3、5、6即可求得抛物线方程，即为密封圈高阶密封曲线；
[0061] S3、以步骤S2中的高阶密封曲线作为母线绕曲线的对称轴线旋转360度得到的回转体，并以AB两个切入点为边界切除边界以外的部分即得到密封圈的密封曲面，保证了密封切入角在长期密封磨损后也不会发生变化，保持了长久的密封动作灵活性，同时保证了阀门密封副不被卡死，延长了阀门的使用寿命。
