一种低流阻轻型偏心旋塞阀的制作方法

本发明涉及一种主要应用于工业供水、城市排污等领域的旋塞阀，特别涉及一种低流阻轻型偏心旋塞阀。

背景技术：

偏心旋塞阀的阀门密封面中心与旋塞旋转轴心设计有一偏心距。利用偏心运动原理，关闭时旋塞与阀座愈旋愈紧，开启时旋塞与阀座迅速脱离。现代工业生产中通用的偏心旋塞阀，由于结构尺寸较长，流道缩径，造成阀体内的冲刷腐蚀和流经流体水头损失加大，且依据现有规范设计的产品普遍壁厚偏大，造成阀门整体重量偏大，且在铸造过程中由于阀盖和阀体局部厚大容易产生热节。如专利cn2442049u提供的结构阀体和阀盖结构厚大，流道缩径且流道较长，造成流道流阻增加。如专利cn203176491u提供的结构，其在阀盖厚大部位开设铸造孔降低热节减轻重量，没有对阀盖的结构强度进行优化处理，当旋塞阀内部的工作压力偏大时，无法保证结构强度。

技术实现要素：

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种结构紧凑、重量较轻且低流阻，工作性能优化的轻型偏心旋塞阀。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的低流阻轻型偏心旋塞阀包括阀体，通过紧固件装配在阀体上的阀盖；在阀体中部处设置有若干周向加强筋,在阀体底部处设置有若干径向加强筋,在阀盖的阀盖内壁处沿径向设置有若干加强筋。

本发明中所述阀盖内壁设置加强筋处壁厚与阀体底部处设置加强筋处壁厚由下式（1）来确定：

mm；（1）

所述阀盖内壁处沿径向设置的加强筋与阀体底部处径向加强筋厚度的计算式如下：

mm；（2）

式中：n—筋板的数量；

p—平板所承受压力或载荷，mpa；

pc—设计压力，mm；

di—与圆平板相连接的筒体内径，mm；

dc—圆平板计算直径，mm；

[σ]^t—设计温度下平板材料的许用应力，mpa；

c—附加裕量，mm；

d1，d2—加强筋板平板理论示意图所注尺寸，mm；

δb—加筋之后阀体或阀盖设计壁厚，mm；

δ—阀体或阀盖加强筋板的设计厚度，mm；

本发明中阀体中部处壁厚δe计算式（3）如下：

mm；（3）

阀体中部处周向加强筋高度he计算式（4）如下：

mm；（4）

阀体中部处周向加强筋壁厚be计算式（5）如下：

mm；（5）

式中：as^’——阀体起加强作用部分面积，mm²；其计算式为：

；

ls——相邻加强圈的间距，mm；其计算式为：

；

di—阀体中部筒体内径，mm；

l—阀体高度，mm；

e—阀体材料弹性模量，mpa；

p—阀体圆筒侧壁所承受压力或载荷，mpa；

d0—阀体中部筒体外直径，mm；

本发明在阀体密封端面侧与阀体壁面处的壁厚为连续渐增过渡处理；在阀门的进口端面处，流道进口方向沿阀体内壁切线方向处理。

本发明的有益效果如下：

1．对现有技术条件下阀体与阀盖的壁厚与结构通过加强筋板处理，在不降低阀体与阀盖结构强度的条件下，相比传统旋塞阀阀体阀盖重量降低约20%。

2.阀体入口端面处的流道方向沿阀体内壁切线方向，并且阀体密封端面与阀体内壁采用过渡处理，使流体流经阀体时流动状态平稳，减少冲击腐蚀。

3.阀体的结构紧凑，阀体面间距短，缩短了流体在流道内的停留时间，流体流速提高，减少了杂质的沉淀。

4.在上述的技术改进下，避免了阀盖和阀体在铸造过程中应为局部厚大产生热节，防止缩松等铸造缺陷的产生，降低生产难度和减少费品率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图1中标记及对应名称如下：(1)是阀体中部的周向加强筋，(2)是阀体底部的径向加强筋，(3)是下轴套，(4)是下防沙轴封，(5)是阀芯，(6)是阀体，(7)是o型圈，(8)是阀盖，(9)是阀盖内壁径向设置的加强筋板，(10)是上防沙轴封，(11)是上轴套，(12)是密封组件,(13)是填料压盖，(14)是紧固螺栓组件，(15)是驱动器支架，(16)是螺栓螺母组件，(17)是六角螺栓，(18)是六角紧固螺栓。

图2是本发明的阀盖内壁径向加强筋板结构示意图。

图2中标记及对应名称为：(9)是阀盖内壁径向设置的加强筋板。

图3是阀盖截面的剖视图。

图3中标记及对应名称为：(19)是阀盖内壁。

图4是本发明的阀体底部径向加筋、阀体中部周向加筋结构示意图。

图4中标记及对应名称为：(1)是阀体中部的周向加强筋，(2)是阀体底部的径向加强筋，(20)是阀体底部，(21)是阀体中部。

图5是阀体底部径向加强筋板平板理论示意图。

图6是本发明的阀体入口端面进口流道导向和阀体内壁与阀体密封端面过渡处理，以及阀体中部周向加强筋示意图。

图6中标记及对应名称为：（23）是阀体密封端面侧与阀体流道过渡壁面，（22）是阀体流道的进口端面。

图7是本发明在具体实例中对阀体阀盖理论设计后有限元强度验证分析应力分布图。

图8是本发明在具体实例中对阀体阀盖强度验证分析的应力线性化分布图。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

如图1所示，本发明的低流阻轻型偏心旋塞阀包括阀体6，通过六角紧固螺栓18装配在阀体6上的阀盖8，阀芯5与阀体6、以及阀盖8的联接处分别在下轴套3、下防沙轴封4与上轴套11、上防沙轴封10、和密封组件12、o型圈7的共同装配，阀芯5可以绕轴线做周向运动，通过与阀体密封面的配合实现工作状态。

本发明在阀体底部20处设置有若干径向加强筋2，阀盖内壁19沿径向设置有若干加强筋9，在阀体中部21处布置若干周向加强筋1。

本发明的阀体流道入口与阀体内壁进行减流阻优化，并通过有限元分析软件进行强度分析验证；即在阀体密封端面侧与阀体壁面23处的壁厚为连续渐增过渡处理；在阀门的进口端面22处，流道进口方向沿阀体内壁切线方向处理。

图2、3所示为阀盖内壁19处径向均布若干条加强筋9，图4、5所示为阀体底部20均布若干条径向加强筋2，所述阀盖内壁19加筋处与阀体底部20加筋处壁厚由下式（1）来确定：

mm；（1）

如图5所示，所述阀盖内壁19处沿径向布置的加强筋板9与阀体底部20处径向加强筋2厚度的计算式（2）如下：

mm；（2）

式中：n—筋板的数量；

p—平板所承受压力或载荷，mpa；

pc—设计压力，mm；

di—与圆平板相连接的筒体内径，mm；

dc—圆平板计算直径，mm；

[σ]t—设计温度下平板材料的许用应力，mpa；

c—附加裕量，mm；

d1，d2—加强筋板平板理论示意图所注尺寸，mm；

δb—加筋之后阀体或阀盖设计壁厚，mm；

δ—阀体或阀盖处加强筋板的设计厚度，mm；

如图1和图4所示，所述阀体中部21布置的周向加强筋1，阀体中部21处所需壁厚δe计算式（3）如下：

mm；（3）

阀体中部(21)处周向加强筋(1)高度he计算式（4）如下：

mm；（4）

阀体中部(21)处周向加强筋(1)壁厚be计算式（5）如下：

mm；（5）

式中：as^’——阀体起加强作用部分面积，mm²；其计算式为：

；

ls——相邻加强圈的间距，mm；其计算式为：

；

di—阀体中部筒体内径，mm；

l—阀体高度，mm；

ls—相邻周向加强圈间距，mm；

d0—阀体中部筒体外直径，mm；

p—阀体圆筒侧壁所承受压力或载荷，mpa；

e—阀体材料弹性模量，mpa；

如图6所示，在阀体密封端面侧与阀体壁面23处的壁厚设计为连续渐增过渡处理；在阀门的进口端面22处，流道进口方向沿阀体内壁切线方向处理。

本发明的轻型偏心旋塞阀通过有限元方法对理论设计后的阀盖及阀体结构进行优化分析，且符合国内外相关设计规范。

将阀盖、阀体、填料压盖、驱动器支架的三维简化装配体模型导入到有限元分析软件ansys中并划分网格；

静力学弹性属性模块定义杨氏弹性模量1.73e5mpa、泊松比0.3；

对旋塞阀装配体的法兰连接处施加完全固定约束和阀体与阀盖内壁施加正向均布水压试验载荷2.4mpa；

通过对软件获取的应力分布进行应力线性化分析，根据应力线性化分析判据对于分析结果进行安全性评价；

下面结合本发明涉及的dn150低流阻轻型偏心旋塞阀实例具体阐述阀体阀盖优化过程；

本发明涉及的pn16dn150低流阻、轻型偏心旋塞阀的设计压力pc=1.6mpa，[σ]^65℃=80mpa，d2=60mm，dc=260mm，di=224mm，n=4，所设计阀盖d21=90mm，阀体d22=60mm；所述d1=92.78mm；

由于所述d1均大于所设计阀盖尺寸d21和所设计阀体尺寸d22，则阀盖所加平板尺寸：

=11.56mm；圆整为δb1=12mm；

阀体所需平板尺寸：

=11.56mm；圆整为δb2=12mm；

阀体所加筋板厚度：

mm；圆整为10mm；

阀体中部周向加筋强化之后壁厚：

阀体中部周向所加加强筋的高度：

阀体中部周向所加加强筋的最小厚度：

将阀盖、阀体、填料压盖、驱动器支架的三维装配体模型导入到有限元分析软件ansys中并划分网格，在属性模块定义杨氏弹性模量1.73e5mpa、泊松比0.3，并对旋塞阀装配体的法兰连接处施加完全固定约束和阀体与阀盖内壁施加正向均布水压试验载荷2.44mpa，通过对软件获取的应力分布如图7所示，最大应力位于阀体底部中央突起部位与径向加筋连接处，最小应力位于阀盖外缘处；

根据应力分布进行应力线性化分析并得到分析结果如图8所示，根据下式所示的应力线性化分析判据可知，σm和σl，以及σm+σl均满足阀体与阀盖等结构使用要求，并得出阀盖与阀体的结构强度为安全。

或

或

或；

上式中σm—一次总体薄膜应力；σ1—一次局部薄膜应力；σb—一次弯曲应力；q—二次应力；s—材料许用应力。