[發明專利]一種超高聲速風洞用正圓三偏心蝶閥

在審

• 申請號: 202010631967.5
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111637236A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 齊大偉;吳斌;陳德江;唐志共;李遠明;張孫敏;李澤龍;呂德潤;任海軍
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: F16K1/226
• 分類號: F16K1/226;F16K1/32;F16K1/42
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 王丹

本發明公開了一種超高聲速風洞用正圓三偏心蝶閥。該正圓三偏心蝶閥密封面回轉軸線e為函數曲線，密封面為不規則的斜圓錐，用任意一個垂直于流道及閥門中心線c的平面去截斜圓錐所得圖形截面形狀為正圓，即半軸A等于半軸B。該正圓三偏心蝶閥可在滿足閥門強度剛度、密封比壓及不造成運動干涉這三個前提條件下設計不同的函數曲線，獲得更合理的嚙合角β，使得三偏心蝶閥更易于開啟，同時，為了與嚙合角β匹配，偏心2尺寸可以設計得更小，從而減小由偏心2帶來的偏距，大大降低三偏心蝶閥的開啟扭矩，達到減小閥板密封圈與閥體密封座密封面之間的磨損，延長三偏心蝶閥使用壽命的目的。

技術領域

本發明屬于超高速風洞試驗設備技術領域，具體涉及一種超高聲速風洞用正圓三偏心蝶閥。

背景技術

超高聲速風洞試驗設備通常是采用高壓下吹、真空排氣的方式維持試驗的進行，真空排氣通常是試驗前將真空容器抽吸到指定的真空壓力，之后開始試驗，試驗過程中真空容器壓力不斷升高，直至升高到一個無法維持風洞試驗進行的壓力時，試驗停止。

隨著超高聲速風洞設備的發展，試驗氣體流量越來越大，要求越來越高，如繼續采用真空容器的方式將會建設規模巨大的真空容器才能維持試驗的進行，無論從成本還是可行性都不是最好的選擇。為此提出了組合排氣的方式，組合排氣方式由真空系統和排氣系統兩部分組成，其中真空系統提供試驗流場建設所需的壓力，并維持試驗短時間進行。排氣系統用來維持風洞試驗的長時間進行。

組合排氣的方式需要在試驗進行過程中快速將真空系統與排氣系統聯通，維持試驗的不間斷進行。由于管道直徑較大，該快速切換閥門又需具備快速開啟功能，因此一般采用三偏心蝶閥。

三偏心蝶閥的閥桿垂直于流道方向的徑向軸線a與閥板密封面中心線b沿流道軸向的偏距為偏心1；閥桿回轉軸線d與閥體及流道中心線c沿流道徑向的偏距為偏心2；密封面回轉軸線e與閥體及流道中心線c沿流道徑向的偏角α為偏心3，密封面在空間上的結構為以密封面回轉軸線e為法線，密封面邊界為素線的正圓錐，該正圓錐法線與閥體及流道中心線c成固定偏角α，因此，用任意一個垂直于流道及閥門中心線c的平面去截斜圓錐所得圖形截面形狀為橢圓，即半軸A不等于半軸B，密封面空間形狀可理解成一個以固定軸線回轉的正圓錐。閥板密封圈轉動軌跡的切線與閥體密封座密封面之間的夾角為嚙合角β，固定偏角α會帶來固定的嚙合角β。

偏心蝶閥的發展從最初的單偏心蝶閥(即中線蝶閥)到雙偏心蝶閥，再到三偏心蝶閥是一個開啟扭矩不斷減小，開啟更容易的過程，相較于單偏心蝶閥和雙偏心蝶閥，三偏心蝶閥的開啟扭矩已大大減小，但是三偏心蝶閥存在的缺點在于不能通過不同工況自由設計合理的嚙合角β，從而導致嚙合角β偏大，閥板密封圈與閥體密封座密封面不易脫離，增大開啟扭矩，尤其在超高速風洞中所使用的三偏心蝶閥通徑一般在DN2000以上，開啟扭矩一般會高達數十萬N·m，執行器的制造成本甚至遠高于三偏心蝶閥本身，同時，閥板密封圈與閥體密封座密封面不易脫離也會造成閥板密封圈與閥體密封座密封面間磨損嚴重，降低三偏心蝶閥使用壽命，傳統結構的三偏心蝶閥已不能夠適應超高速風洞的要求。

當前，亟需發展一種超高聲速風洞用正圓三偏心蝶閥。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種超高聲速風洞用正圓三偏心蝶閥。