蝶閥以其成本低、體積小、質量輕和壽命長等優勢得到了廣泛的應用。隨著我國工業的發展, 各行業對設備的性能要求越來越嚴格, 尤其是在一些煤氣管道或其他有害物質的管道中, 要求蝶閥必須達到零泄漏, 所以蝶閥的密封結構設計一直是重要的研究課題。
隨著現代工業技術的飛速發展, 蝶閥廣泛應用于管道控制系統, 特別是其他控制閥類難以適用的大口徑管道控制系統。通常, 蝶閥的閥座為固定式, 其材質有高分子聚合物和金屬兩類, 聚合物閥座主要適用于溫度較低的工況, 金屬密封閥座蝶閥雖然能滿足較高的溫度和壓力工況, 但金屬閥座的彈性較聚合物閥座低, 密封性能較差〔2〕。蝶閥各種性能的改善與其不斷改進密切相關。如蝶閥的密封結構技術發展先后經歷了普通蝶閥、單偏心蝶閥、雙偏心蝶閥和三偏心蝶閥的演變過程(圖1) 。
為解決普通蝶閥的蝶板與閥座的擠壓問題產生了單偏心蝶閥。單偏心蝶閥的閥桿中心線與密封中心線錯開, 形成不對稱結構, 以便不通過橡膠襯密封面, 造成了蝶閥的密封面成為一個完整連續的圓弧曲面, 這樣對于密封面的加工制造就非常方便,而且蝶板與閥座還可以進行研磨, 這對于蝶閥的密封性能就有了充分的保證。蝶板上下端不再為回轉軸心, 分散減輕了蝶板上下端與閥座的過度擠壓,能較快離開密封面, 減小了配合面間的摩擦力。但是由于單偏心結構在閥門的整個開關過程中蝶板與閥座的刮擦現象并未消失, 故采用不多。
雙偏心蝶閥的結構特征是閥桿軸心偏離閥座的密封面中心, 也偏離管路和閥門中心線〔3〕。雙偏心的效果使閥門開啟后, 蝶板能迅速脫離閥座, 大幅度地消除了蝶板與閥座的不必要的過度擠壓和刮擦等現象, 減輕了開啟力矩, 降低了磨損, 提高了閥座壽命。刮擦的大幅度降低, 同時還使得雙偏心蝶閥也可以采用金屬閥座, 提高了蝶閥的適用溫度, 但因為其密封原理屬于位置密封構造, 即蝶板與閥座的密封面為線接觸, 通過蝶板擠壓閥座所造成的彈性變形產生密封效果, 故對關閉位置要求很高(特別是金屬閥座) , 承壓能力較低, 蝶板或閥體密封面的摩擦現象非常嚴重。
三偏心蝶閥是在雙偏心的閥桿軸心位置偏心的同時, 再加上圓錐形密封面中心線相對于閥門中心線偏轉一個角度, 形成第三個偏心。閥座密封形線周長是隨角度偏心的增加而增加, 當閥座被磨蝕和損傷時, 只需向關閉方向改變關閉閥位就可以重新達到密封效果, 即增加了角度偏心和閥座的彈性壓縮量。經蝶板閥座間啟閉磨合, 消除閥座的損傷,而采用浮動性的閥座則可以確保關閉閥位變化后蝶板與閥座間的最佳密封形位〔4〕。第三個偏心可使閥座與蝶板在閥門的整個行程中完全脫離, 蝶板與閥座的接觸只是在密封時的一瞬間, 因此極大地減少了閥座與蝶板之間在開關過程中的摩擦, 減少了磨損, 延長了使用壽命。由于其密封是靠閥座與蝶板上密封圈之間的擠壓實現的, 密封比壓可由閥桿扭矩來施加, 如果閥門結構設計合理, 則可實現極高的密封效果。對第三個偏心的合理設計, 可排除閥門卡死的可能性, 因而提高了操作的可靠性。與一般的蝶閥相比, 三偏心蝶閥通常采用金屬硬密封閥座, 解決了耐高溫的問題。在蝶板周邊鑲裝著由不銹鋼薄板與石墨薄板相互交錯層疊而成的多層密封圈, 這種密封具有金屬硬密封和彈性軟密封的雙重優點, 解決了泄漏問題。三偏心蝶閥作為一種高性能閥門, 以其獨特的結構特點和性能優勢成為調節閥市場中的首選。
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