雙偏心軟密封防火蝶閥設(shè)計(jì)

呂志翼 邵曙

摘要：蝶閥被大量使用于管道控制系統(tǒng)，，其獨(dú)有之處是其他把持閥類難以滿足的大口徑管道把持系統(tǒng)。大部分，蝶閥的閥座為固定式，其材質(zhì)有高份子聚合物和金屬兩類，聚合物閥座首要實(shí)用于溫度不高的工況。金屬密封閥座蝶閥固然能滿足較低的溫度和壓力工況，但金屬閥座的彈性較聚合物閥座低，密封功能不強(qiáng)。本文主要介紹了蝶閥的主要分類及其特點(diǎn)，并闡明了雙偏心軟密封防該蝶閥無摩擦，密封性能好，結(jié)構(gòu)簡單。廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，經(jīng)過對比幾種蝶閥的性能及優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)雙偏心軟密封防火蝶閥更具有市場前景，在此基礎(chǔ)上提出了設(shè)計(jì)的思路，以更好推廣雙偏心軟密封防火蝶閥在生產(chǎn)生活中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：雙偏心;軟密封;防火蝶閥

引言：

蝶閥的結(jié)構(gòu)很簡單，它的體積小，重量很輕，其設(shè)計(jì)簡單、操作簡便，結(jié)構(gòu)原理適合制作大口徑閥門，可以較好的限制流量，因而在石油化工、冶金煉鋼、水處置、電力等行業(yè)中有了普遍的使用。近年來，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，蝶閥已成為發(fā)展最快的閥門類型之一，其適用范圍越來越廣泛，設(shè)計(jì)的品種和數(shù)量也在不斷擴(kuò)大，并朝著耐高溫高壓、密封性強(qiáng)、使用壽命長等多功能方向發(fā)展。雙偏心蝶閥又稱高性能蝶閥。特別適用于水廠、電廠、鋼鐵冶煉、化工、水源泉工程、環(huán)保設(shè)施建設(shè)的排水，特別水道管路上有著關(guān)鍵的作用，作為調(diào)節(jié)和截流設(shè)備運(yùn)用。蝶閥結(jié)構(gòu)隨著技術(shù)的發(fā)展與人們需求的變化而發(fā)展變化，在實(shí)踐的探索中也克服了弊端，不斷完善，有較大的市場前景。

一、蝶閥概述

雙偏心蝶閥因其結(jié)構(gòu)短、重量輕、壽命長、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、船舶、電力等行業(yè)，是市場的主流產(chǎn)品。國內(nèi)有很多廠家，主要是軟密封（橡膠或PTFE）和金屬硬密封。軟密封具有良好的密封性能，但存在較大的易燃易爆泄漏安全隱患。硬密封可以應(yīng)用于惡劣的工況，但密封性能相對較差，難以滿足較高的密封要求。隨著人們環(huán)保意識(shí)和生命財(cái)產(chǎn)意識(shí)的提高，軟密封防火蝶閥得到了越來越多的應(yīng)用，特別是在石油化工行業(yè)。目前主要依靠進(jìn)口閥門，價(jià)格相對較高。因此，替代進(jìn)口產(chǎn)品開發(fā)軟密封防火蝶閥具有良好的市場前景。從蝶閥從設(shè)計(jì)開始到蝶閥被普遍應(yīng)用經(jīng)過了很長的時(shí)間，雙偏心蝶閥又稱高性能蝶閥。特別適用于水廠、電廠、鋼鐵冶煉、化工、水源泉工程、環(huán)保設(shè)施建設(shè)的排水，由于市場需求不同，蝶閥的結(jié)構(gòu)和功能不斷優(yōu)化，自身也在不斷演變和發(fā)展。蝶閥的分類方法有多種，我們按閥門結(jié)構(gòu)可分為中線密封蝶閥、單偏心蝶閥、雙三偏心蝶閥和三偏心蝶閥;按密封構(gòu)造可分為金屬密封和襯橡膠或襯氟塑料的軟密封，除此之外，金屬密封可采用多層密封構(gòu)造或彈性密封構(gòu)造，以下是蝶閥的基本分類。

（一）同心蝶閥

同心蝶閥的結(jié)構(gòu)特征為閥桿軸心、蝶板中心、本體中心在三心合一。有著簡單的結(jié)構(gòu)同制作工藝也較為簡便。普通襯膠蝶閥也屬于這一類。同心蝶閥的缺點(diǎn)是蝶板和閥座始終處于受壓狀態(tài)，會(huì)造成快速磨損。閥座一般采用橡膠或聚四氟乙烯等彈性材料，以克服擠壓和劃傷，保證密封性能，同心蝶閥在使用上受到溫度的影響，他的不耐高溫使是他較為明顯的短板。

（二）單偏心蝶閥

因?yàn)橥牡y的閥板與閥座存在壓力非靜態(tài)平衡等問題， 單偏心蝶閥便由此產(chǎn)生，單偏心諜閥在設(shè)計(jì)上讓桿軸心偏離了蝶板中心、這樣就可以使之前三心合一產(chǎn)生的巨大擠壓力得到一定的減少蝶板上下端與閥座之間的過度擠壓可得到明顯緩解。核心問題是層板和閥座之間的摩擦沒有消失，屬于改善不徹底，因此使用的不是很多。

（三）雙偏心蝶閥

雙偏心蝶閥是在單偏心蝶閥的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改良而成的，也是現(xiàn)在應(yīng)用最為普遍的蝶閥。他的結(jié)構(gòu)特征為在閥桿軸心既偏離蝶板中心、也偏離本體中心。軟密封蝶閥雙偏心的效果使閥門被開啟后蝶板能迅即脫離閥座、在原有基礎(chǔ)上消除了蝶板與閥座的不必要的過度壓力、摩擦擦現(xiàn)象、降低摩擦帶來的磨損、提高了閥座的功效。刮擦的大幅度降低，同時(shí)還使得雙偏心蝶閥也可以采用金屬閥座，提高了蝶閥在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。[1]

將蝶板的外圓和雙偏心蝶閥的密封座加工成半球面。蝶板的外球面擠壓密封座的內(nèi)球面產(chǎn)生彈性變形，從而達(dá)到緊固的目的。雙偏心蝶閥通常采用特氟隆作為密封座，也可以采用金立密封座來擴(kuò)大其在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。但采用金屬密封閥座的雙偏心蝶閥的密封仍屬于位置密封結(jié)構(gòu)，即蝶板與閥座的密封面為線接觸，故其不能耐高壓，應(yīng)用在高壓系統(tǒng)中時(shí)必然會(huì)導(dǎo)致較大的泄漏量，因此，在高壓系統(tǒng)或要求嚴(yán)格切斷的系統(tǒng)中，應(yīng)盡量避免采用帶金屬密封座的雙偏心蝶閥。

（四）三偏心蝶閥

三偏心蝶閥大多采用金屬硬密封閥座，可解決高溫受限的問題。蝶板四周鑲嵌不銹鋼板和石墨板制成的多層密封圈。這種密封兼有金屬硬密封和彈性軟密封的雙重優(yōu)點(diǎn)，解決了泄漏問題。三偏心從根本是上改動(dòng)了密封結(jié)構(gòu)、不再是位置密封、變更為扭力密封、即不是依托閥座的彈性變形、而是完整依托閥座的接觸面壓來到達(dá)密封效果、因而一舉處理了金屬閥座零走漏這一困難、并因接觸面壓與介質(zhì)壓力是正相關(guān)的、不耐高溫高壓的問題便得到了解決。

二、雙偏心蝶閥結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

在雙偏心蝶閥研發(fā)之前，蝶閥還都是中線式的蝶閥;中線式蝶閥最大的弊端是：閥門開啟關(guān)閉的時(shí)候，蝶板密封圈和閥體橡膠一直處于摩擦的狀態(tài)，對于小口徑蝶閥影響不會(huì)太大，壞了大不了換個(gè)閥門。成本不算太高，但是對于大口徑蝶閥，壞了更換密封圈，非常麻煩。需要返廠，更換閥門成本太高。針對這個(gè)問題。研發(fā)出來了雙偏心結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢就是使得閥門在開啟和關(guān)閉的時(shí)候密封圈和閥體處于脫開的狀態(tài)，不會(huì)一直摩擦，更換閥門密封圈更方便，大大延長了蝶閥的使用壽命。與中心線蝶閥相比，雙偏心蝶閥具有更高的耐壓性、更長的使用壽命和更好的穩(wěn)定性。與其它閥門相比，直徑越大，材質(zhì)越輕，成本越低。[2]

蝶閥根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)使用雙偏心的結(jié)構(gòu)，具有可控的封功用，密封功能牢靠，操作靈敏，省力、便利。并且雙偏心蝶板采取框架構(gòu)造，材料強(qiáng)度高，水流截面大，阻力小。雙偏心蝶閥具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、安裝操作簡單、密封效果好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在高爐煉鐵設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。可用作氣體切斷閥、空氣切斷閥和冷風(fēng)閥。

三、雙偏心軟密封防火蝶閥的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

雙偏心蝶閥主要由閥體、閥座、上下閥桿和雙偏心球組成。偏心球上端與上閥桿連接，偏心球下端與下閥桿連接。當(dāng)球順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，閥門是關(guān)閉的。當(dāng)鋼球逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，閥門打開。閥座和閥球之間的動(dòng)態(tài)密封取決于它們之間的特定壓力。比壓是由組裝球閥時(shí)閥座相對于球體的預(yù)緊力形成的。當(dāng)球閥剛裝配好處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，其比壓值最大。以后在使用中，比壓只會(huì)降低，不會(huì)升高，蝶閥的密封比是不可調(diào)的。雙偏心軟密封防火蝶閥在設(shè)計(jì)上主要是結(jié)構(gòu)的合理性，壓縮量、偏心等參數(shù)的選擇，以及對蝶板、閥座和閥桿相關(guān)零件之間的配合間隙的設(shè)計(jì)非常的重要，另外在開發(fā)過程中工藝技術(shù)也是-一個(gè)很大的難關(guān)，如何控制主要零件如防火閥座的加工精度、形位公差，閥體、蝶板閥桿孔的同軸度等要做好充分的準(zhǔn)備。

另外，在蝶閥的使用過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生咬傷以及卡澀或劃傷，導(dǎo)致蝶閥使用壽命短。雙偏心蝶閥在運(yùn)行中可以避免這些問題，所以他的壽命得到大幅提升。雙偏心蝶閥具有結(jié)構(gòu)長度短、重量輕、使用壽命長、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被普遍使用于石油、化工、等行業(yè)，是現(xiàn)在蝶閥在市場上使用的主流產(chǎn)品。中國生產(chǎn)雙偏心蝶閥的廠家非常多，首要以軟密封和金屬硬密封為主，軟密封密封功能較好，但關(guān)于易燃、易爆介質(zhì)的泄漏所產(chǎn)生的安全隱患是無法杜絕的。硬密封能實(shí)用于較卑劣的工況，但密封功能絕對較差，關(guān)于密封要求較高的需求很難滿足。跟著人們對環(huán)境的保護(hù)及性命財(cái)富的認(rèn)識(shí)進(jìn)步，軟密封防火蝶閥已失掉愈來愈多的使用，特殊石化行業(yè)有大量的市場需求，現(xiàn)在首要依托出口閥門，其價(jià)錢同比較高，因而開發(fā)軟密封防火蝶閥替代進(jìn)口產(chǎn)品具有很好市場。更重要的是，合理的結(jié)構(gòu)和加工工藝設(shè)計(jì)是保證閥門密封的重要前提。因此，在設(shè)計(jì)雙偏心軟密封防火蝶閥時(shí)，需要關(guān)注壓縮量、偏心、防火標(biāo)準(zhǔn)等要點(diǎn)，還要使雙偏心軟密封防火蝶閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得更合理，合理選擇參數(shù)，克服技術(shù)難點(diǎn)。隨著雙偏心蝶閥在高爐煉鐵設(shè)備上的廣泛應(yīng)用，其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和制造技術(shù)水平將進(jìn)一步提高。[3]

總結(jié)：綜上所述，通過以上蝶閥的演變過程及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可見，相對單偏心蝶閥而言，雙偏心蝶閥的結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到減少閥座磨損、提高閥座壽命的目的。雙偏心球閥采用偏心球和偏心座，使摩擦力起到啟閉作用，保證閥門低扭矩運(yùn)行，延長使用壽命。閥門的密封比壓可隨閥體和閥座的磨損而調(diào)整，偏心壓縮的關(guān)閉特性保證了密封的可靠性。目前，雙偏心軟密封防火蝶閥已被運(yùn)用廣泛，是一種密封可靠、使用壽命長、經(jīng)久耐用的新型蝶閥，得到了廣大用戶的重視并且能夠滿足市場需求。雙偏心軟密封防火蝶閥的開發(fā)成功，將部分替代國外進(jìn)口閥門，大幅度降低用戶的采購成本，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]三偏心蝶閥的發(fā)展、特點(diǎn)及應(yīng)用，韓軍，齊魯石油化工，2010—09—20

[2]三偏心金屬密封蝶閥的原理及特性，李小明，閥門，1998—09—25

[3]雙偏心軟密封防火蝶閥設(shè)計(jì)，郭建林，通用機(jī)械，2008—09—10