蝶阀以其成本低、体积小、质量轻和寿命长等优势得到了广泛的应用。随着我国工业的发展, 各行业对设备的性能要求越来越严格, 尤其是在一些煤气管道或其他有害物质的管道中, 要求蝶阀必须达到零泄漏, 所以蝶阀的密封结构设计一直是重要的研究课题。
随着现代工业技术的飞速发展, 蝶阀广泛应用于管道控制系统, 特别是其他控制阀类难以适用的大口径管道控制系统。通常, 蝶阀的阀座为固定式, 其材质有高分子聚合物和金属两类, 聚合物阀座主要适用于温度较低的工况, 金属密封阀座蝶阀虽然能满足较高的温度和压力工况, 但金属阀座的弹性较聚合物阀座低, 密封性能较差〔2〕。蝶阀各种性能的改善与其不断改进密切相关。如蝶阀的密封结构技术发展先后经历了普通蝶阀、单偏心蝶阀、双偏心蝶阀和三偏心蝶阀的演变过程(图1) 。
为解决普通蝶阀的蝶板与阀座的挤压问题产生了单偏心蝶阀。单偏心蝶阀的阀杆中心线与密封中心线错开, 形成不对称结构, 以便不通过橡胶衬密封面, 造成了蝶阀的密封面成为一个完整连续的圆弧曲面, 这样对于密封面的加工制造就非常方便,而且蝶板与阀座还可以进行研磨, 这对于蝶阀的密封性能就有了充分的保证。蝶板上下端不再为回转轴心, 分散减轻了蝶板上下端与阀座的过度挤压,能较快离开密封面, 减小了配合面间的摩擦力。但是由于单偏心结构在阀门的整个开关过程中蝶板与阀座的刮擦现象并未消失, 故采用不多。
双偏心蝶阀的结构特征是阀杆轴心偏离阀座的密封面中心, 也偏离管路和阀门中心线〔3〕。双偏心的效果使阀门开启后, 蝶板能迅速脱离阀座, 大幅度地消除了蝶板与阀座的不必要的过度挤压和刮擦等现象, 减轻了开启力矩, 降低了磨损, 提高了阀座寿命。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, 提高了蝶阀的适用温度, 但因为其密封原理属于位置密封构造, 即蝶板与阀座的密封面为线接触, 通过蝶板挤压阀座所造成的弹性变形产生密封效果, 故对关闭位置要求很高(特别是金属阀座) , 承压能力较低, 蝶板或阀体密封面的摩擦现象非常严重。
三偏心蝶阀是在双偏心的阀杆轴心位置偏心的同时, 再加上圆锥形密封面中心线相对于阀门中心线偏转一个角度, 形成第三个偏心。阀座密封形线周长是随角度偏心的增加而增加, 当阀座被磨蚀和损伤时, 只需向关闭方向改变关闭阀位就可以重新达到密封效果, 即增加了角度偏心和阀座的弹性压缩量。经蝶板阀座间启闭磨合, 消除阀座的损伤,而采用浮动性的阀座则可以确保关闭阀位变化后蝶板与阀座间的最佳密封形位〔4〕。第三个偏心可使阀座与蝶板在阀门的整个行程中完全脱离, 蝶板与阀座的接触只是在密封时的一瞬间, 因此极大地减少了阀座与蝶板之间在开关过程中的摩擦, 减少了磨损, 延长了使用寿命。由于其密封是靠阀座与蝶板上密封圈之间的挤压实现的, 密封比压可由阀杆扭矩来施加, 如果阀门结构设计合理, 则可实现极高的密封效果。对第三个偏心的合理设计, 可排除阀门卡死的可能性, 因而提高了操作的可靠性。与一般的蝶阀相比, 三偏心蝶阀通常采用金属硬密封阀座, 解决了耐高温的问题。在蝶板周边镶装着由不锈钢薄板与石墨薄板相互交错层叠而成的多层密封圈, 这种密封具有金属硬密封和弹性软密封的双重优点, 解决了泄漏问题。三偏心蝶阀作为一种高性能阀门, 以其独特的结构特点和性能优势成为调节阀市场中的首选。
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