蝶阀设计时要考虑的因素

窦向贞

摘 要：蝶阀的名称来源于翼状结构的蝶板，在阀体的圆柱形通道内，蝶板绕着其自身轴线旋转，即可启、闭阀门。蝶阀在管道内主要作切断或调节用。长期以来，在蝶阀设计中一般采用查设计手册或经验设计方法，设计工作在精度、可靠性等方面有一定的局限性。

关键词：蝶阀;设计;因素

随着全球性的节能、环保意识的提高，大型项目工艺系统正在不断向高参数化发展，从而对阀门的工艺参数也提出了更高、更苛刻的要求，为了适应高压、高温、低温和多相流等工况下的功能要求，蝶阀的结构也在不断更新换代，高性能的特种蝶阀层出不穷，但万变不离其中，只有明确工艺系统对阀门的功能要求，明确工况的各项参数，就能设计出满足功能要求，性能可靠的蝶阀产品。

一、蝶阀的地位和作用

蝶阀作为流体输送系统中的控制部件，具有导流、截流、调节、节流、防止倒流、分流或溢流泄压等功能，在以下行业和领域有大量的需求如在石油、天然气、煤炭、冶金、和矿石的开采、提炼加工和管道输送系统中在水电、火电和核电的电力生产系统中在城建的给排水、供热和供气系统中在冶金生产系统中在船舶、车辆、航天以及各种运动机械的使用流体系统中在国防生产以及新技术领域里在农业排灌系统中都有大量的需求。蝶阀行业在国民经济发展中，作为装备制造业的一个重要环节，起到非常重要的作用。蝶阀在机械产品中占有相当大的比重，据国外工业发达国家统计，蝶阀的产值是压缩机、风机和泵三者的总和，约占整个机械工业产值的。同时，作为重大技术装备的重要组成部分，尤其是在电力、石化、冶金、城市供排水系统中，蝶阀更是起着关键作用，而且用量非常大。因此，蝶阀行业对于国民经济的发展，对于国家工业的发展进步具有非常重要的意义。

二、蝶阀设计时要考虑的因素

1、蝶阀功能。设计时要明确蝶阀是用作接通或截断管路中的介质，还是调节、控制管路中介质的流量和压力。不同功能的阀门其密封副设计时考虑的因素有所不同，若阀门是用作接通或截断管路中的介质，则着重考虑阀门的截断能力，即阀门的密封性能，在确保所选材料必须耐腐蚀的前提下，低、中压及常温阀门常采用软密封的结构形式，中、高温及高压阀门则选用硬密封的结构形式;若阀门是用作调节、控制管路中介质的流量和压力时，则着重考虑阀门的固有调节特性及调节比。

2、工艺条件。设计前首先要充分了解阀门所在工艺系统的工艺条件，包括：介质类型（气、液、固相及双相或多相混合等）、介质温度、介质压力、介质流速（或流量）、动力源及其参数等。

（1）介质类型 蝶阀结构形式通常是根据一种主要的介质进行设计，但也必须考虑到次要的介质，例如用来清洗、试验和吹扫等介质，介质的黏附及沉积等均对阀门结构设计有影响;同时更要关注介质的腐蚀性对结构及材料的影响。

（2）介质温度 可能引起的问题有：①不同的热膨胀：温度梯度或膨胀系数不同会引起阀门密封副的膨胀不均匀，从而导致阀门启闭时的卡死或泄漏。②材料性能的变化：设计时要考虑材料在高温下许用应力的降低，另外由于在很高温度下膨胀的零件可能产生局部屈服，所以热循环有时也会引起尺寸的变化。③热应力和热冲击。

（3）介质压力 主要影响蝶阀承压件的强度和刚度设计，及密封副的必需比压和许用比压的设计。

（4）介质流速 主要影响蝶阀通道及密封副表面的耐冲蚀性能，特别是气固、液固两相流的介质，更要谨慎考虑。

（5）动力源 其参数直接影响蝶阀的连接接口设计及启闭时间和驱动灵敏性、可靠性。电源的电压和电流强度的变化对阀门的影响不很大，主要是气源和液压源的压力和流量将直接影响到蝶阀的功能的实现。

3.强度与刚度的考虑。蝶阀在设计时除按《阀门设计手册》提供的静态设计计算外，还要考虑因介质压力、流速等产生的动态载荷，特别是中高压管系中蝶阀关闭时产生的水锤能量，还要考虑环境影响的附加载荷以及管道、支座等引起的附加载荷。

4.压力损失和流通能力。压力损失和流通能力本质上是同一参数，压力损失是流体阻力的量度，是阀门进口压力与出口压力之差值，在给定流量下，其大小主要取决于蝶阀的结构形式、内件的造形及表面粗糙度设计，通常用流阻系数来表示。流通能力与阀门在给定压力差时流过的最大流量有关，通常用流量系数来表示。流阻系数与流量系数的关系式为：

通常在设计时要考虑尽量使阀门的压力损失最小和流通能力最大，一般采取的措施有：①阀体通道不缩径，通道中应无任何凸出部分，蝶板造形圆滑过渡。②尽可能减小介质过流部位的表面粗糙度值。③整个通道横截面尽量保持不变或采取平缓过渡结构。

5、驱动力矩。蝶阀的驱动方式根据用户需要可以是电动、气动、液动、电液动以及气液动等，驱动装置的输出转矩取决于蝶阀所需的输入转矩，蝶阀的输入转矩又受结构形式、密封程度、介质种类（水、油、气和粉体）、介质压力、工作频度（低频度、高频度）以及控制方式（纯开闭型、调节型）等因素的影响。蝶阀的结构形式、密封程度不同，其输入转矩的计算公式也不同（详见《阀门设计手册》）;使用条件的不同，所选择驱动装置输出转矩的安全系数就不同。

6、介质敏感性。蝶阀适用于输送水、油、气体、水固两相以及气固两相流等多种介质的管路系统作开关或调节装置用，因而蝶阀密封副对介质的敏感性也是设计时需考虑的重要因素之一，设计时主要从材料选择和结构形式上来考虑。例如对介质中含尘量较高的切断蝶阀，则要选用弹性好的橡胶材料作密封圈，或采用具有自清理结构的多层次金属硬密封圈，在密封副相对运动的同时靠密封副本身能清除微粒等污物，或采用吹扫、清洗功能来减轻粉尘对密封副的污染。

蝶阀作为广泛使用的管道控制设备，它的可靠性、節能性、制造和运行成本对于国民经济具有重要的意义。在蝶阀设计中，关于如何降低蝶阀的流阻、蝶阀流阻的测算、蝶阀水力矩的计算、蝶阀各个开度的非均布载荷情况和强度分析、密封副的分析和计算等一直是设计中的难点。传统设计中一般采用试验分析和查阅设计手册的方法，这不仅耗时较长，而且加大了设计制造成本。

参考文献

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