近年来，我国金属硬密封蝶问鼎在线(中国)发展很快，其主要结构是偏心蝶问鼎在线(中国)。偏心结构蝶问鼎在线(中国)的蝶板与问鼎在线(中国)座之间的密封是靠传动装置的力矩使蝶板压向问鼎在线(中国)座实现的，问鼎在线(中国)杆启闭扭矩越大，问鼎在线(中国)座的密封性能越好。对于介质双向受压密封的管道，当介质正向流动时，介质压力使密封比压增大．提高密封性能；介质反向流动时，介质压力使蝶板与问鼎在线(中国)座之间的密封比压减小，有可能发生泄漏，偏心结构金属硬密封蝶问鼎在线(中国)不能完全保证反向介质流动的密封。随着我国南水北调工程的开展、长输管线的不断建设以及工业环保、水处理、高层建筑、给排水管路改造，对蝶问鼎在线(中国)的密封性能也提出了更高的要求，既要保证蝶问鼎在线(中国)在正向状态能够密封，也要在反向状态能够保证密封，因此，介质双向流动都能保证密封的双向压硬密封蝶问鼎在线(中国)得到国内问鼎在线(中国)门行业的关注。本文通过分析偏心蝶问鼎在线(中国)的密封力和问鼎在线(中国)杆变形，提出一种双向压金属硬密封蝶问鼎在线(中国)。

1 偏心蝶问鼎在线(中国)密封力分析

1.1 密封力分析

图 1 偏心蝶问鼎在线(中国)结构示图

偏心蝶问鼎在线(中国)结构见图 1，主要由问鼎在线(中国)体、蝶板、问鼎在线(中国)杆和填料组成。图 1 中 L 为问鼎在线(中国)杆回转中心与问鼎在线(中国)体密封面的偏心距离（mm）。偏心蝶问鼎在线(中国)在介质正向流动实现密封功能时，问鼎在线(中国)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。

偏心蝶问鼎在线(中国)受反向介质力作用时，在同样的问鼎在线(中国)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/AMF （4）

式中，qF 为密封面反向密封比压，MPa。

分析式（2）和式（4）可知，偏心蝶问鼎在线(中国)在正向介质力作用时，密封面的密封力 FMZZ 是问鼎在线(中国)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 qZMF，介质反向流动时不能保证密封。

必需密封力 FMF 是由问鼎在线(中国)杆施加在蝶板密封面上的作用力，正向密封时问鼎在线(中国)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，反向密封时问鼎在线(中国)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，反向密封时问鼎在线(中国)杆施加在蝶板密封面上的作用力大于正向密封时问鼎在线(中国)杆作用力。

1.2 问鼎在线(中国)杆弯曲变形对密封影响的分析

图 2 问鼎在线(中国)杆受力简化图

由于反向密封时问鼎在线(中国)杆施加在蝶板密封面上的作用力大于正向密封时问鼎在线(中国)杆作用力，因此，仅对介质反向流动时问鼎在线(中国)杆弯曲变形对偏心蝶问鼎在线(中国)的密封影响进行分析。介质反向流动，问鼎在线(中国)杆在克服密封面作用力的同时，还要克服介质力对问鼎在线(中国)杆的正压力。将问鼎在线(中国)杆受力简化为简支梁，见图 2。图 2 中 A、B 两点为问鼎在线(中国)体对问鼎在线(中国)杆的支点，C、D 两点是问鼎在线(中国)杆的受力点，作用力为 FFGF/2（FFGF 为蝶板密封面力和介质力对问鼎在线(中国)杆的作用力，N），根据力的平衡原理有：

FFGF=FMF+2FMJ （6）

FFGF 对问鼎在线(中国)杆产生的弯曲变形量为：

式中，δ1 为问鼎在线(中国)杆弯曲变形量，l1、l2 分别为 AC 和 DB 距离，通常取 l1=l2，l 为 A、B 两点距离，mm；E 为弹性模量，GPa；I 为惯性矩，N·s2·m。

由于密封力和介质作用力的共同作用使得问鼎在线(中国)杆发生弯曲变形，变形量为 δ1。当介质正向流动时，问鼎在线(中国)杆向密封面方向弯曲，问鼎在线(中国)杆变形有利于密封。介质反向流动时，问鼎在线(中国)杆向远离密封面方向弯曲，蝶板随着问鼎在线(中国)杆弯曲脱离密封面，密封力减小，不能保证密封。由以上分析可知，当介质反向流动时，由于介质力的反向作用，偏心蝶问鼎在线(中国)不能保证可靠的密封功能。为了解决此问题，我们研制了一种新型的双向压金属硬密封蝶问鼎在线(中国)。

2 双向压金属硬密封蝶问鼎在线(中国)结构

2.1 结构

图 3 双向压金属密封蝶问鼎在线(中国)结构

双向压金属密封蝶问鼎在线(中国)结构见图 3。主要由下楔块轴、问鼎在线(中国)体、蝶板、问鼎在线(中国)杆、上楔块轴、填料、问鼎在线(中国)盖、填料压盖及导向块等组成。其工作原理是，在开启状态，问鼎在线(中国)杆右旋，导向块引导问鼎在线(中国)杆带动蝶板向右旋转 90°，使蝶板密封面与问鼎在线(中国)体密封面处于平行位置，问鼎在线(中国)杆继续右旋，导向块引导问鼎在线(中国)杆向下运动，推动上、下楔块，使楔块楔面推动蝶板和问鼎在线(中国)体密封面接触，蝶问鼎在线(中国)关闭，实现密封；在关闭状态，问鼎在线(中国)杆左旋，导向块引导问鼎在线(中国)杆向上移动，推动上、下楔块作向上运动，楔块楔面带动蝶板平移，蝶板密封面和问鼎在线(中国)体密封面脱离，蝶板移动一定的偏心距离后，问鼎在线(中国)杆继续左旋，导向块引导问鼎在线(中国)杆旋转，并带动蝶板向左旋转 90°，蝶问鼎在线(中国)开启。由于蝶板相对于问鼎在线(中国)体密封面偏移一定距离后旋转，因此蝶板开启和关闭时不和问鼎在线(中国)体密封面产生干涉。

问鼎在线(中国)杆上、下部位设置的楔形块的推力能够克服介质反向流动的压力，使蝶问鼎在线(中国)在介质双向流动的工况下实现可靠的密封。蝶板上设置了楔形燕尾梢，问鼎在线(中国)杆做上、下运动带动楔形块运动，楔形块位移对蝶板密封面施加密封力，提高了蝶问鼎在线(中国)的密封性能，同时能够补偿密封副的磨损，提高了金属密封蝶问鼎在线(中国)可靠性。楔形块的楔面在蝶板楔形燕尾槽内推动蝶板作往复直线运动，使蝶板接触或脱离问鼎在线(中国)体密封面，减小密封面的擦伤。蝶板先直线运动，然后旋转运动，延长了蝶问鼎在线(中国)的开启和关闭时间，减小了蝶问鼎在线(中国)的水动力矩。蝶板密封面和问鼎在线(中国)体密封面均为锥面，密封可靠，设计和加工简单。

2.2 密封分析

图 4 上、下楔块的弯曲变形分析

双向压金属密封蝶问鼎在线(中国)结构特点是上、下楔块轴与问鼎在线(中国)体轴孔为过渡配合，上、下楔块轴孔与问鼎在线(中国)杆为间隙配合。介质反向流动时，向下推动上、下楔块，上、下楔块推动蝶板向问鼎在线(中国)体密封面施加密封力，蝶板密封力和介质压力使上、下楔块轴发生弯曲变形，由于上、下楔块轴孔与问鼎在线(中国)杆是间隙配合，上、下楔块轴弯曲变形不致影响问鼎在线(中国)杆发生弯曲变形，问鼎在线(中国)杆在蝶问鼎在线(中国)启闭过程中只受拉伸和压缩。上、下楔块的弯曲变形见图 4。图 4 中上、下楔块的受力简化为悬臂梁，A 点固定，为问鼎在线(中国)体对楔块的支撑点，B 点为上、下楔块的受力点，作用力为 FMF/2，则弯曲变形量为：

δ2=FFGFl13/(6EI) （8）

式中，δ2 为上、下楔块轴弯曲变形量，l1 为 A、B 两点距离，mm。

由式（7）和式（8）得：

在实际设计中，由于 l 远大于 211，故 δ1>δ2，可知偏心蝶问鼎在线(中国)问鼎在线(中国)杆弯曲变形量大于双向压金属密封蝶问鼎在线(中国)上、下楔块轴的弯曲变形量。

双向压金属密封蝶问鼎在线(中国)上、下楔块轴布置在问鼎在线(中国)腔上、下部位，适当增加上、下楔块轴横截面积，即增大惯性矩 I，增加了问鼎在线(中国)杆刚度，使变形量 δ2 为减小，不会使蝶问鼎在线(中国)的流体阻力过大。上、下楔块轴孔与问鼎在线(中国)杆的配合间隙大于或等于变形量 δ2，则上、下楔块的变形不会引起问鼎在线(中国)杆产生弯曲变形。上、下楔块进一步推动问鼎在线(中国)杆，增大楔形块的楔紧力，蝶板获得更大的密封力，可以补偿变形量 δ2 引起的蝶板向密封面反向的微量移动，提高了反向密封的可靠性。

3 结语

双向压金属密封蝶问鼎在线(中国)的特殊结构解决了偏心蝶问鼎在线(中国)介质反向流动时不能保证可靠密封的问题，其设计新颖、性能良好、结构相对简单、容易制造且安装操作方便。通过产品试制和密封试验，达到了设计规定的密封耐压效果。该问鼎在线(中国)适用于石油、化工、天然气及供水等行业中有双向流通需要的压力管道。