双偏心软密封防火蝶阀设计

吕志翼 邵曙

摘要：蝶阀被大量使用于管道控制系统，，其独有之处是其他把持阀类难以满足的大口径管道把持系统。大部分，蝶阀的阀座为固定式，其材质有高份子聚合物和金属两类，聚合物阀座首要实用于温度不高的工况。金属密封阀座蝶阀固然能满足较低的温度和压力工况，但金属阀座的弹性较聚合物阀座低，密封功能不强。本文主要介绍了蝶阀的主要分类及其特点，并阐明了双偏心软密封防该蝶阀无摩擦，密封性能好，结构简单。广泛应用于各种工业领域，经过对比几种蝶阀的性能及优势，发现双偏心软密封防火蝶阀更具有市场前景，在此基础上提出了设计的思路，以更好推广双偏心软密封防火蝶阀在生产生活中的运用。

关键词：双偏心;软密封;防火蝶阀

引言：

蝶阀的结构很简单，它的体积小，重量很轻，其设计简单、操作简便，结构原理适合制作大口径阀门，可以较好的限制流量，因而在石油化工、冶金炼钢、水处置、电力等行业中有了普遍的使用。近年来，随着工业技术的不断发展，蝶阀已成为发展最快的阀门类型之一，其适用范围越来越广泛，设计的品种和数量也在不断扩大，并朝着耐高温高压、密封性强、使用寿命长等多功能方向发展。双偏心蝶阀又称高性能蝶阀。特别适用于水厂、电厂、钢铁冶炼、化工、水源泉工程、环保设施建设的排水，特别水道管路上有着关键的作用，作为调节和截流设备运用。蝶阀结构随着技术的发展与人们需求的变化而发展变化，在实践的探索中也克服了弊端，不断完善，有较大的市场前景。

一、蝶阀概述

双偏心蝶阀因其结构短、重量轻、寿命长、成本低等优点，广泛应用于石油、化工、船舶、电力等行业，是市场的主流产品。国内有很多厂家，主要是软密封（橡胶或PTFE）和金属硬密封。软密封具有良好的密封性能，但存在较大的易燃易爆泄漏安全隐患。硬密封可以应用于恶劣的工况，但密封性能相对较差，难以满足较高的密封要求。随着人们环保意识和生命财产意识的提高，软密封防火蝶阀得到了越来越多的应用，特别是在石油化工行业。目前主要依靠进口阀门，价格相对较高。因此，替代进口产品开发软密封防火蝶阀具有良好的市场前景。从蝶阀从设计开始到蝶阀被普遍应用经过了很长的时间，双偏心蝶阀又称高性能蝶阀。特别适用于水厂、电厂、钢铁冶炼、化工、水源泉工程、环保设施建设的排水，由于市场需求不同，蝶阀的结构和功能不断优化，自身也在不断演变和发展。蝶阀的分类方法有多种，我们按阀门结构可分为中线密封蝶阀、单偏心蝶阀、双三偏心蝶阀和三偏心蝶阀;按密封构造可分为金属密封和衬橡胶或衬氟塑料的软密封，除此之外，金属密封可采用多层密封构造或弹性密封构造，以下是蝶阀的基本分类。

（一）同心蝶阀

同心蝶阀的结构特征为阀杆轴心、蝶板中心、本体中心在三心合一。有着简单的结构同制作工艺也较为简便。普通衬胶蝶阀也属于这一类。同心蝶阀的缺点是蝶板和阀座始终处于受压状态，会造成快速磨损。阀座一般采用橡胶或聚四氟乙烯等弹性材料，以克服挤压和划伤，保证密封性能，同心蝶阀在使用上受到温度的影响，他的不耐高温使是他较为明显的短板。

（二）单偏心蝶阀

因为同心蝶阀的阀板与阀座存在压力非静态平衡等问题， 单偏心蝶阀便由此产生，单偏心谍阀在设计上让杆轴心偏离了蝶板中心、这样就可以使之前三心合一产生的巨大挤压力得到一定的减少蝶板上下端与阀座之间的过度挤压可得到明显缓解。核心问题是层板和阀座之间的摩擦没有消失，属于改善不彻底，因此使用的不是很多。

（三）双偏心蝶阀

双偏心蝶阀是在单偏心蝶阀的基础上进一步改良而成的，也是现在应用最为普遍的蝶阀。他的结构特征为在阀杆轴心既偏离蝶板中心、也偏离本体中心。软密封蝶阀双偏心的效果使阀门被开启后蝶板能迅即脱离阀座、在原有基础上消除了蝶板与阀座的不必要的过度压力、摩擦擦现象、降低摩擦带来的磨损、提高了阀座的功效。刮擦的大幅度降低，同时还使得双偏心蝶阀也可以采用金属阀座，提高了蝶阀在高温领域的应用。[1]

将蝶板的外圆和双偏心蝶阀的密封座加工成半球面。蝶板的外球面挤压密封座的内球面产生弹性变形，从而达到紧固的目的。双偏心蝶阀通常采用特氟隆作为密封座，也可以采用金立密封座来扩大其在高温领域的应用。但采用金属密封阀座的双偏心蝶阀的密封仍属于位置密封结构，即蝶板与阀座的密封面为线接触，故其不能耐高压，应用在高压系统中时必然会导致较大的泄漏量，因此，在高压系统或要求严格切断的系统中，应尽量避免采用带金属密封座的双偏心蝶阀。

（四）三偏心蝶阀

三偏心蝶阀大多采用金属硬密封阀座，可解决高温受限的问题。蝶板四周镶嵌不锈钢板和石墨板制成的多层密封圈。这种密封兼有金属硬密封和弹性软密封的双重优点，解决了泄漏问题。三偏心从根本是上改动了密封结构、不再是位置密封、变更为扭力密封、即不是依托阀座的弹性变形、而是完整依托阀座的接触面压来到达密封效果、因而一举处理了金属阀座零走漏这一困难、并因接触面压与介质压力是正相关的、不耐高温高压的问题便得到了解决。

二、双偏心蝶阀结构的特点

在双偏心蝶阀研发之前，蝶阀还都是中线式的蝶阀;中线式蝶阀最大的弊端是：阀门开启关闭的时候，蝶板密封圈和阀体橡胶一直处于摩擦的状态，对于小口径蝶阀影响不会太大，坏了大不了换个阀门。成本不算太高，但是对于大口径蝶阀，坏了更换密封圈，非常麻烦。需要返厂，更换阀门成本太高。针对这个问题。研发出来了双偏心结构。此结构的优势就是使得閥门在开启和关闭的时候密封圈和阀体处于脱开的状态，不会一直摩擦，更换阀门密封圈更方便，大大延长了蝶阀的使用寿命。与中心线蝶阀相比，双偏心蝶阀具有更高的耐压性、更长的使用寿命和更好的稳定性。与其它阀门相比，直径越大，材质越轻，成本越低。[2]

蝶阀根据标准使用双偏心的结构，具有可控的封功用，密封功能牢靠，操作灵敏，省力、便利。并且双偏心蝶板采取框架构造，材料强度高，水流截面大，阻力小。双偏心蝶阀具有体积小、结构紧凑、重量轻、安装操作简单、密封效果好、使用寿命长等优点，在高炉炼铁设备中得到广泛应用。可用作气体切断阀、空气切断阀和冷风阀。

三、双偏心软密封防火蝶阀的结构与设计

双偏心蝶阀主要由阀体、阀座、上下阀杆和双偏心球组成。偏心球上端与上阀杆连接，偏心球下端与下阀杆连接。当球顺时针转动时，阀门是关闭的。当钢球逆时针旋转时，阀门打开。阀座和阀球之间的动态密封取决于它们之间的特定压力。比压是由组装球阀时阀座相对于球体的预紧力形成的。当球阀刚装配好处于关闭状态时，其比压值最大。以后在使用中，比压只会降低，不会升高，蝶阀的密封比是不可调的。双偏心软密封防火蝶阀在设计上主要是结构的合理性，压缩量、偏心等参数的选择，以及对蝶板、阀座和阀杆相关零件之间的配合间隙的设计非常的重要，另外在开发过程中工艺技术也是-一个很大的难关，如何控制主要零件如防火阀座的加工精度、形位公差，阀体、蝶板阀杆孔的同轴度等要做好充分的准备。

另外，在蝶阀的使用过程中，经常会发生咬伤以及卡涩或划伤，导致蝶阀使用寿命短。双偏心蝶阀在运行中可以避免这些问题，所以他的寿命得到大幅提升。双偏心蝶阀具有结构长度短、重量轻、使用寿命长、成本低等优点，被普遍使用于石油、化工、等行业，是现在蝶阀在市场上使用的主流产品。中国生产双偏心蝶阀的厂家非常多，首要以软密封和金属硬密封为主，软密封密封功能较好，但关于易燃、易爆介质的泄漏所产生的安全隐患是无法杜绝的。硬密封能实用于较卑劣的工况，但密封功能绝对较差，关于密封要求较高的需求很难满足。跟着人们对环境的保护及性命财富的认识进步，软密封防火蝶阀已失掉愈来愈多的使用，特殊石化行业有大量的市场需求，现在首要依托出口阀门，其价钱同比较高，因而开发软密封防火蝶阀替代进口产品具有很好市场。更重要的是，合理的结构和加工工艺设计是保证阀门密封的重要前提。因此，在设计双偏心软密封防火蝶阀时，需要关注压缩量、偏心、防火标准等要点，还要使双偏心软密封防火蝶阀的结构设计得更合理，合理选择参数，克服技术难点。随着双偏心蝶阀在高炉炼铁设备上的广泛应用，其实践经验和制造技术水平将进一步提高。[3]

总结：综上所述，通过以上蝶阀的演变过程及结构特点可见，相对单偏心蝶閥而言，双偏心蝶阀的结构能够达到减少阀座磨损、提高阀座寿命的目的。双偏心球阀采用偏心球和偏心座，使摩擦力起到启闭作用，保证阀门低扭矩运行，延长使用寿命。阀门的密封比压可随阀体和阀座的磨损而调整，偏心压缩的关闭特性保证了密封的可靠性。目前，双偏心软密封防火蝶阀已被运用广泛，是一种密封可靠、使用寿命长、经久耐用的新型蝶阀，得到了广大用户的重视并且能够满足市场需求。双偏心软密封防火蝶阀的开发成功，将部分替代国外进口阀门，大幅度降低用户的采购成本，具有广阔的市场应用前景。

参考文献：

[1]三偏心蝶阀的发展、特点及应用，韩军，齐鲁石油化工，2010—09—20

[2]三偏心金属密封蝶阀的原理及特性，李小明，阀门，1998—09—25

[3]双偏心软密封防火蝶阀设计，郭建林，通用机械，2008—09—10