偏心蝶閥專利技術分析

田家艷+王崢+孫巍

摘 要： 本專利技術分析在專利檢索、數(shù)據(jù)分析的基礎上，從偏心蝶閥在國內(nèi)外專利申請量以及輸出國專利申請量進行分析，并對三偏心蝶閥的密封副進行了重點技術分析。為今后偏心蝶閥的發(fā)展提出了建議。

關鍵詞： 偏心；蝶閥；密封

1.研究背景

國外在上個世紀 30 年代發(fā)明了蝶閥，到70 年代后才推廣到我國，蝶閥在早期因為密封效果不好，只能作為結(jié)構(gòu)簡單的調(diào)節(jié)閥。但隨著科學技術的不斷發(fā)展，蝶閥才演變成能密封的產(chǎn)品。蝶閥的卓越性能與其自身不斷地改進、演變、發(fā)展密切相關，為滿足各種工況要求，蝶閥經(jīng)歷了從中心對稱蝶閥、單偏心蝶閥、雙偏心蝶閥及三偏心蝶閥的演變[1]。偏心蝶閥，尤其是三偏心蝶閥，使得閥門具備了極佳的力學和密封特性，得到了各領域的青睞。

2.偏心蝶閥的專利技術分析

為了研究偏心閥門專利技術的發(fā)展情況，通過專利檢索系統(tǒng)對1968 -2017年的國內(nèi)外專利申請量進行統(tǒng)計分析，通過篩選去噪，分析結(jié)果如圖1所示。

國內(nèi)偏心蝶閥相關的專利申請量總體呈上升趨勢，可劃分為以下三個階段：①技術起步期（1985-1999），專利申請量較少，偏心蝶閥技術在上世紀80年代進入中國，這一時期偏心蝶閥技術剛剛興起，處于起步階段；②初步發(fā)展期（2000-2005）：專利申請量較上一時期呈穩(wěn)步增長，此時，偏心蝶閥技術進入發(fā)展階段；③快速發(fā)展期（2006-2015）：專利申請量呈現(xiàn)大幅度上升趨勢，偏心蝶閥技術在國內(nèi)得到快速發(fā)展。從數(shù)據(jù)獲取的準確性來說，由于專利從申請到公開/公告需要一定的審查周期，許多專利仍處于未公布狀態(tài)，因此2015-2017數(shù)據(jù)并不能準確代表實際的專利申請量。

國外偏心蝶閥相關專利申請量整體上比較平穩(wěn)，可劃分為以下三個階段：①技術起步期（1968-1988），專利申請量較少，處于技術起步階段；②快速發(fā)展期（1989-2002），專利申請量呈上升趨勢，偏心蝶閥技術得到快速發(fā)展；③技術成熟期（2003-2015），專利申請量呈穩(wěn)步減小趨勢，偏心蝶閥技術已趨于成熟，專利申請量有所下降。

偏心蝶閥國內(nèi)外專利申請量的趨勢有所差異，這很大程度上取決于偏心蝶閥在國內(nèi)外研究及技術發(fā)展的差異，國外在偏心蝶閥的研究上要早于國內(nèi)，在2003年以前，國外申請量也多于國內(nèi)申請量，可見我國偏心蝶閥技術的初步發(fā)展期正值偏心蝶閥技術在國外發(fā)展的鼎盛時期，在2005年以后，國外偏心蝶閥技術趨于成熟，申請量呈下降趨勢，而國內(nèi)進入技術成熟期，專利申請量呈現(xiàn)大幅度上升趨勢，偏心蝶閥技術在國內(nèi)得到快速發(fā)展。

3.重點技術分析

三偏心蝶閥比其他蝶閥更耐高溫、啟閉力矩更小、密封性能更高，隨著閥門性能要求日益增加，三偏心蝶閥的研究和開發(fā)具有廣闊的市場前景。而密封副的研究是三偏心蝶閥的研究重點，一般為軟密封和硬密封兩種[2]。

3.1 軟密封

軟密封蝶閥密封副的一側(cè)為不銹鋼材質(zhì)，一側(cè)為橡膠材質(zhì)。橡膠密封圈可以固定在蝶板邊緣上，也可以鑲嵌在閥體上。閥安格水處理系統(tǒng)（太倉）有限公司（CN102330823A）提出了“一種三偏心軟密封蝶閥”，橡膠密封圈通過保持架固定在蝶板上，密封圈兩側(cè)與蝶板、保持架之間留有間隙，實現(xiàn)雙向密封，密封副在閥門操作過程中基本無擦傷，使用壽命長，適于惡劣工況以及密封圈不易更換的場合。

3.2 硬密封

硬密封又稱金屬密封，金屬密封蝶閥由于密封件的彈性較小，特別是用三維偏心結(jié)構(gòu)較為理想。硬密封具有三項補償措施：

l）彈性補償：密封圈是一種彈性金屬密封圈，具有很好的彈性補償功能，起到消除間隙的作用。邱慧鵬（CN201535362U）提出了“三偏心硬密封蝶閥”，密封副為閥板上的閥板口與固定在閥體上的彈性密封圈密封配合，形成面接觸的硬密封蝶閥，彈性密封圈的設計，具有很好的補償功能，能夠起到消除間隙的作用。

2）位移補償：密封圈裝在蝶板的密封槽內(nèi)可以在一定范圍內(nèi)滑移，進行位置補償。方正閥門集團（溫州）機械制造有限公司（CN104989832A）提出了“具有雙向密封功能的蝶閥”，設置增加密封圈回彈力的補償裝置，能夠保證密封圈與閥座傾斜部緊密抵觸，雙向密封可靠。

3）壓力補償：將壓力介質(zhì)引入密封圈后面，使得金屬彈性密封圈始終受到一向外的張力，從而增大密封圈密封比壓使密封更嚴密，實現(xiàn)壓力補償。金志淵（CN1773150A）提出“浮動可調(diào)式雙向金屬硬密封蝶閥”，介質(zhì)壓力通過環(huán)形間隙C提高密封比壓。在正反向工作狀態(tài)介質(zhì)壓力都自動調(diào)節(jié)閥門密封副的密封比壓，提高正反向工作狀態(tài)下的密封可靠性。

4.結(jié)論

偏心蝶閥尤其是三偏心蝶閥作為應用廣泛的閥門，其在工程上具有重要的作用，但很多重要工程上所用的三偏心蝶閥還依賴進口，雖然目前國內(nèi)的三偏心蝶閥的專利申請量已呈領先趨勢，但是國內(nèi)三偏心蝶閥的密封能力和使用壽命上與國外的蝶閥還存在一定差距，國內(nèi)三偏心蝶閥在密封能力和使用壽命上亟待提高，隨著流體動力學、現(xiàn)代控制理論、數(shù)值算法、結(jié)構(gòu)分析理論、計算機技術等相關學科的發(fā)展，三偏心蝶閥的研究會更加深入，而在三偏心蝶閥設計階段的仿真準確度越來越高，更有利于國內(nèi)三偏心蝶閥的密封能力和使用壽命的提高?！?/p>

參考文獻

[1]張圓圓.大型火電機組用給水泵汽輪機大口徑排氣蝶閥設計[D].蘭州理工大學.2017

[2]何維華.供水管網(wǎng)常用管材和閥門[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2011.06