1 前言

    蝶閥廣泛用于電力、水力、冶金、化工等領(lǐng)域，是流體控制的手段。目前蝶閥種類很多，有對夾式、閥桿單偏心式、閥板雙偏心式等，還有引進技術(shù)三偏心蝶閥。如何提高蝶閥的密封性？如何消化引進技術(shù)？本文借鑒有關(guān)資料并結(jié)合冶金企業(yè)常用閥門的使用情況作以下分析和論述。

    2 蝶閥密封簡介

    蝶閥密封形式可分為三種，即軟密封、硬密封、軟硬組合密封。

    2.1 軟密封

    密封件為橡膠制品，閥門關(guān)閉后閥板與密封件接觸，密封件受壓變形起密封作用。一般橡膠制品存在老化和不耐溫的問題，在冶金企業(yè)中高溫，介質(zhì)雜質(zhì)顆粒大，工況惡劣，故軟密封使用壽命不長。

    2.2 硬密封

    密封面為金屬面，閥板上密封面和閥座上密封面均要進行精加工，保證一定的光潔度和硬度，在密封面處要堆焊耐磨材料。硬密封表面可視為許多輪廓蜂的表面，在密封力作用下，接觸面上微小凹凸產(chǎn)生變形，當(dāng)接觸面間作用力較小，接觸輪廓峰是彈性變形，當(dāng)作用力較大產(chǎn)生塑性變形，故要實現(xiàn)可靠密封，比壓必須增大到使表面產(chǎn)生塑性變形。但是，閥門傳動力是一定的，只能提高表面加工精度，克服粗糙度，保證密封。故硬密封加工精度要求高，安裝精度要求高，多應(yīng)用在高溫、有磨損的場合。但硬密封在閥門關(guān)閉時沖擊大，且介質(zhì)顆粒大、多時，密封性較差。

    2.3 軟硬組合式密封

    較為典型的一種是用不銹鋼彈性圈座密封圈，取代橡膠密封圈。密封是靠堆焊耐磨材料后進行光整加工的閥板與裝在閥體槽內(nèi)的不銹鋼彈性密封圈進行金屬彈性密封。閥板是具有非對稱圓弧密封面的橢圓形閥板。不銹鋼密封圈采用特殊斷面形狀。選擇適當(dāng)彈力，使之關(guān)閉后能與蝶閥板密封面接觸面形成一定的密封比壓。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)高溫、高壓和不易拆裝的場合，使用壽命長，不需修理。此種形式比軟密封、硬密封效果要好。

    3 三偏心蝶閥

    這里介紹一種新型蝶閥，其閥板密封結(jié)構(gòu)新穎，屬于軟密封形式，但又不同于一般的軟密封，是帶骨架的組合密封結(jié)構(gòu)，閥板采用三偏心結(jié)構(gòu)。

    3.1 密封原理及密封結(jié)構(gòu)

    閥板與閥座接觸后，因密封力的作用，使閥板上組合密封圈發(fā)生彈性變形、填充密封面間的凹凸間隙，實現(xiàn)密封。根據(jù)密封理論，密封面要封住介質(zhì)，就必須在其上存在一個比壓，即單位面積的壓力值，在密封力大小不變的條件下，密封帶越窄比壓越大。密封比壓的計算公式為^[1]：

    q=p/π（D₁²-D₂²）   （1）

    式中：q—接觸面的單位壓力
    p—密封面所受工作壓力
    D₁、D₂—密封接觸面受力部分內(nèi)、外徑

    帶骨架組合密封圈采用正錐結(jié)構(gòu)，骨架為鋼板。密封圈材質(zhì)選用彈性好且抗疲勞性能、抗蠕變性能均較好的氟橡膠，它的使用溫度為-20~200℃。在受壓面均布充氣孔，一般為12個，直徑6mm。當(dāng)壓力增大時具有自動補償作用，氣壓將密封件橡膠向外擠壓，更加貼緊密封座，使密封帶增大。這樣，密封件能在很小的密封比壓下實現(xiàn)較高壓力下的可靠密封，見圖1、圖2。

    3.2 結(jié)構(gòu)特點

    三偏心含義是蝶閥閥板的旋轉(zhuǎn)軸心相對閥門通道的軸向偏心和徑向偏心以及密封座（圓錐形）的中心線與閥門軸線不同心，有一個夾角，見圖3、圖4。因為密封面是斜圓錐表面，故閥座和密封面的正截面是橢圓。從旋轉(zhuǎn)中心到密封圓錐上下有兩條垂線，密封圈的位置應(yīng)在a_t和a_e之間，否則會出現(xiàn)泄漏或蝶閥旋轉(zhuǎn)超過90゜后仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動，據(jù)有關(guān)資料^[2]：

    式中：L-橢圓的長半軸（閥座的大端）

    閥門安裝取正流狀態(tài)，即介質(zhì)流動方向與閥板轉(zhuǎn)動方向相同。

    3.3 三偏心幾何參數(shù)對閥性能影響

    3.3.1 閥板偏心參數(shù)的影響

    徑向偏心距B數(shù)值過大，將引起閥板與閥體干涉，而數(shù)值過小，會降低密封效果，見圖5。在角度θ一定時，B值增大，使開閥力矩下降。

    軸向偏心距A取值與閥桿、閥通徑有關(guān)，即與結(jié)構(gòu)有關(guān)。

    3.3.2 角度θ、Φ的影響

    圓錐軸線傾角Φ增大，開閥力矩減小，圓錐角θ增大，開閥力矩減小。一般0≤Φ≤θ，見圖6。

    綜上所述，三偏心結(jié)構(gòu)優(yōu)點是過流面積大，流阻系數(shù)小，關(guān)、開閥操作力矩小，泄流量小。閥門開啟時密封圈摩擦大小很重要，而三偏心結(jié)構(gòu)可以使開閥瞬時閥板及密封圈能迅速離開閥座，從而使密封磨損小，在關(guān)閥時閥板能自行嵌入密封座，磨損小，密封件使用壽命長。

    4 蝶閥的技術(shù)發(fā)展趨勢及密封性能的改進

    蝶閥技術(shù)發(fā)展較快，新型高性能蝶閥不斷出現(xiàn)，體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上優(yōu)化，使用壽命提高，密封性能改善。

    在結(jié)構(gòu)變化方面，偏心式蝶閥漸漸推廣。從閥桿單偏心已發(fā)展到三偏心。設(shè)計趨向體積小、重量輕、易安裝維修，適用各種介質(zhì)（高溫、高壓、低溫、強腐蝕）。

    在提高使用壽命方面，增設(shè)閥座調(diào)節(jié)，可以更換閥座，延長使用壽命，優(yōu)化幾何參數(shù)，流阻小，開閥力矩減小。

    在改善密封性能方面，主要是從改進密封結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高密封件及閥體、閥板的壽命等方面考慮。如采用偏心結(jié)構(gòu)，使橡膠密封件得到較大比壓，減少密封件摩擦磨損。

    在閥體材料方面，向通用標(biāo)準(zhǔn)靠攏，冶金行業(yè)閥門采用Cr-Mo高溫鑄鋼、高溫不銹耐熱鑄鋼、不銹耐酸鑄鋼以及優(yōu)質(zhì)鋼板焊接。

    5 結(jié)論

    本文介紹的帶骨架組合式密封結(jié)構(gòu)，能提高蝶閥的密封性能。閥板、閥體和閥板軸采用三偏心結(jié)構(gòu)能夠取得理想的密封效果，安裝調(diào)整方便，密封件壽命延長，值得推廣應(yīng)用。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司