1．前言
蝶閥有體積較小、重量較輕。90°旋轉即可快速啟閉，操作簡單，具有一定的流體控制特性。蝶閥處于完全開啟位置時，通過該閥門所產生的壓力降較小。因此蝶閥在低壓給水、消防、暖通等管道應用量大。
蝶閥在啟閉過程中，閥體與蝶板前端形成的開口形狀以閥桿為中心，兩側形成完成不同的狀態(tài)，一側的蝶板前端順流水方向而動，另一側逆流水方向而動，蝶板的兩側流動狀況完全不同，一側閥體與蝶板形成似噴嘴形開口，另一側類似節(jié)流孔形開口，噴嘴側比節(jié)流側流速快得多，而節(jié)流側閥門下面會產生負壓，雖然閥桿兩邊蝶板的受力面積相同，但因介質的流場分布在蝶板上會產生動水力矩。
蝶閥在啟閉操作時，為操作閥門，需要加裝驅動機構，如手柄(配定位機構)、渦輪蝸桿減箱、或氣動、電動等裝置。驅動裝置不僅可以使蝶板具有開度調節(jié)，還應有白鎖能力，使蝶板保持在任意位置上。驅動裝置的選配設計時，不僅要考慮蝶板的靜壓載荷的操作力矩，還要充分考慮動水操作力矩對操作力矩的影響。
2．蝶閥的靜態(tài)操作力矩
蝶閥內沒有介質或靜態(tài)壓力時，蝶閥的操作力矩為閥桿軸承摩擦力矩、閥座與蝶板摩擦力所產生的力矩之和。因操作的最大值應在蝶閥開啟和關閉的時刻。開啟過程，操作力矩逐漸減小到某一定值；關閉過程，快到關閉時從某一定值迅速增大。不論蝶閥的尺寸如何，啟閉方向的趨勢是一致的。
我們進行DN50～DN300系列中線對稱蝶閥靜態(tài)啟閉操作時力矩檢測。其中DN200、DN300中線對稱蝶閥靜態(tài)啟閉操作時力矩值見表1、表2。
| 從全開至全關 | 從全關至全開 | ||
| 蝶板位置 | 操作力矩Nm | 操作力矩Nm | 蝶板位置 |
| 0°→5° | 29.6 | 43.2 | 0°→5° |
| 5°→10° | 11.3 | 10.4 | 5°→10° |
| 10°→15° | 7.7 | 7.7 | 10°→15° |
| 15°→20° | 7.8 | 7.3 | 15°→20° |
| 20°→25° | 7.7 | 7.3 | 20°→25° |
| 25°→30° | 7.5 | 7.2 | 25°→30° |
| 30°→35° | 7.6 | 7.0 | 30°→35° |
| 35°→40° | 7.5 | 7.3 | 35°→40° |
| 40°→45° | 7.6 | 7.1 | 40°→45° |
| 45°→50° | 7.8 | 7.1 | 45°→50° |
| 50°→55° | 7.7 | 7.1 | 50°→55° |
| 55°→60° | 7.7 | 7.2 | 55°→60° |
| 60°→65° | 7.8 | 7.2 | 60°→65° |
| 65°→70° | 7.7 | 7.2 | 65°→70° |
| 70°→75° | 7.9 | 7.3 | 70°→75° |
| 75°→80° | 7.8 | 7.4 | 75°→80° |
| 80°→85° | 7.7 | 7.3 | 80°→85° |
| 85°→90° | 7.8 | 6.9 | 85°→90° |
| 從全開至全關 | 從全關至全開 | ||
| 蝶板位置 | 操作力矩Nm | 操作力矩Nm | 蝶板位置 |
| 0°→5° | 91 | 86 | 0°→5° |
| 5°→10° | 65 | 70 | 5°→10° |
| 10°→15° | 31 | 32 | 10°→15° |
| 15°→20° | 26 | 29 | 15°→20° |
| 20°→25° | 25 | 28 | 20°→25° |
| 25°→30° | 25 | 28 | 25°→30° |
| 30°→35° | 25 | 28 | 30°→35° |
| 35°→40° | 25 | 28 | 35°→40° |
| 40°→45° | 25 | 28 | 40°→45° |
| 45°→50° | 24 | 28 | 45°→50° |
| 50°→55° | 24 | 28 | 50°→55° |
| 55°→60° | 24 | 28 | 55°→60° |
| 60°→65° | 24 | 28 | 60°→65° |
| 65°→70° | 24 | 27 | 65°→70° |
| 70°→75° | 24 | 27 | 70°→75° |
| 75°→80° | 24 | 27 | 75°→80° |
| 80°→85° | 24 | 27 | 80°→85° |
| 85°→90° | 24 | 26 | 85°→90° |
3．蝶閥的動態(tài)操作力矩
3．1 動態(tài)流量時的操作力矩
蝶閥安裝在管道上，有流動介質時，蝶板受到介質偏心力矩的作用，蝶閥的操作力矩與靜態(tài)時不同，在某些開度會變大或減小。我們進行DN50～DN300系列中線對稱蝶閥動態(tài)啟閉操作時力矩檢測，結果表明，閥門尺寸越大．，變化值越明顯。其中DN200、DN300中線對稱蝶閥動態(tài)啟閉操作時力矩值見表3、表4。靜態(tài)壓力和動態(tài)流量下的中線對稱蝶閥啟閉操作時力矩曲線見圖1、圖2。
從表3的數據和圖1的曲線看，DN200的蝶閥各開度位置的操作力矩未超過蝶閥啟閉時刻的最大轉矩；從表4的數據和2的曲線看，DN300的蝶閥某些開度位置的操作力矩未超過蝶閥啟閉時刻的最大轉矩。
| 水流量 （m3/h） |
從全開至全關 | 從全關至全開 | ||
| 蝶板位置 | 操作力矩Nm | 操作力矩Nm | 蝶板位置 | |
| 0 | 0°→5° | 39.2 | 50.8 | 0°→5° |
| 18.8 | 5°→10° | 27.7 | 13.7 | 5°→10° |
| 40.5 | 10°→15° | 30.9 | 3.4 | 10°→15° |
| 91.1 | 15°→20° | 31.4 | 0.02 | 15°→20° |
| 133.5 | 20°→25° | 31.5 | -0.05 | 20°→25° |
| 198.6 | 25°→30° | 32.7 | -7.4 | 25°→30° |
| 279.1 | 30°→35° | 34.5 | -7.3 | 30°→35° |
| 365.9 | 35°→40° | 33.6 | -8.3 | 35°→40° |
| 412.4 | 40°→45° | 31.3 | -9.7 | 40°→45° |
| 443.6 | 45°→50° | 31.0 | -10.6 | 45°→50° |
| 467.5 | 50°→55° | 29.2 | -10.4 | 50°→55° |
| 482.6 | 55°→60° | 25.8 | -12.5 | 55°→60° |
| 493.7 | 60°→65° | 25.2 | -8.9 | 60°→65° |
| 500.6 | 65°→70° | 23.4 | -8.0 | 65°→70° |
| 502.6 | 70°→75° | 21.9 | -6.9 | 70°→75° |
| 507.3 | 75°→80° | 15.7 | -5.5 | 75°→80° |
| 511.7 | 80°→85° | 13.2 | 3.9 | 80°→85° |
| 512.6 | 85°→90° | 9.3 | 6.3 | 85°→90° |
| 水流量 （m3/h） |
從全開至全關 | 從全關至全開 | ||
| 蝶板位置 | 操作力矩Nm | 操作力矩Nm | 蝶板位置 | |
| 0 | 0°→5° | 192 | 170 | 0°→5° |
| 35.8 | 5°→10° | 225 | 96 | 5°→10° |
| 78.6 | 10°→15° | 256 | 45 | 10°→15° |
| 135.0 | 15°→20° | 255 | 21 | 15°→20° |
| 208.4 | 20°→25° | 257 | -46 | 20°→25° |
| 285.9 | 25°→30° | 261 | -45 | 25°→30° |
| 336.5 | 30°→35° | 218 | -40 | 30°→35° |
| 546.2 | 35°→40° | 220 | -35 | 35°→40° |
| 846.5 | 40°→45° | 207 | -47 | 40°→45° |
| 918.6 | 45°→50° | 204 | -56 | 45°→50° |
| 978.6 | 50°→55° | 197 | -45 | 50°→55° |
| 1032.0 | 55°→60° | 176 | -45 | 55°→60° |
| 1094.6 | 60°→65° | 165 | -39 | 60°→65° |
| 1142.6 | 65°→70° | 154 | -54 | 65°→70° |
| 1145.8 | 70°→75° | 132 | 24 | 70°→75° |
| 1148.6 | 75°→80° | 109 | 62 | 75°→80° |
| 1152.3 | 80°→85° | 96 | 73 | 80°→85° |
| 1155.3 | 85°→90° | 80 | 79 | 85°→90° |
3．2 不同流速時的操作力矩
蝶閥在使用時，管道內不同流速介質對蝶板偏心力矩的作用是不同的，蝶閥的操作力矩在某些開度的趨勢有變化，會出現增大或反向增加的力矩。我們進行DN50～DN300系列中線對稱蝶閥動態(tài)啟閉操作時力矩檢測，閥門尺寸越大，變化值越明顯。其中DN200中線對稱蝶閥不同流速下啟閉操作時力矩值見表5～表6。各流速下的曲線圖見圖3～圖5。
| 蝶閥開度 | 全開時2m/s流速 操作扭矩Nm |
全開時4m/s流速 操作扭矩Nm |
全開時8m/s流速 操作扭矩Nm |
| 90°→85° | 13.6 | 7.2 | 2.9 |
| 85°→80° | 11.5 | 7.1 | -2.5 |
| 80°→75° | 11.2 | 3.6 | -7.2 |
| 75°→70° | 8.6 | 4.3 | -15.7 |
| 70°→65° | 10.2 | 1.6 | -16.7 |
| 65°→60° | 10.7 | 0.50 | -17.0 |
| 60°→55° | 9.2 | 2.6 | -17.3 |
| 55°→50° | 9.7 | 3.4 | -15.4 |
| 50°→45° | 10.6 | 6.1 | -15.1 |
| 45°→40° | 10.2 | 13.1 | -8.6 |
| 40°→35° | 13.0 | 18.6 | -3.4 |
| 35°→30° | 15.7 | 22.9 | 9.5 |
| 30°→25° | 17.8 | 26.5 | 11.1 |
| 25°→20° | 24.2 | 40.3 | 27.5 |
| 20°→15° | 28.6 | 46.8 | 37.1 |
| 15°→10° | 43.5 | 49.3 | 49.6 |
| 10°→5° | 82.5 | 100.8 | 102.1 |
| 5°→0° | 105.7 | 107.6 | 109.6 |
| 蝶閥開度 | 全開時2m/s流速 操作扭矩Nm |
全開時4m/s流速 操作扭矩Nm |
全開時8m/s流速 操作扭矩Nm |
| 85°→90° | 14.5 |
9.6 |
19.7 |
| 80°→85° | 15.7 | 11.3 | 38.8 |
| 75°→80° | 15.9 | 19.2 | 43.3 |
| 70°→75° | 16.1 | 17.3 | 46.8 |
| 65°→70° | 17.3 | 21.5 | 61.2 |
| 60°→65° | 18.6 | 28.2 | 65.1 |
| 55°→60° | 19.7 | 28.3 | 64.6 |
| 50°→55° | 20.3 | 33.7 | 71.3 |
| 45°→50° | 20.1 | 35.7 | 72.6 |
| 40°→45° | 23.6 | 37.4 | 72.4 |
| 35°→40° | 30.7 | 45.3 | 67.3 |
| 30°→35° | 37.3 | 47.6 | 62.4 |
| 25°→30° | 40.3 | 43.7 | 62.6 |
| 20°→25° | 44.5 | 45.6 | 54.3 |
| 15°→20° | 37.6 | 41.6 | 49.2 |
| 10°→15° | 42.4 | 43.7 | 51.3 |
| 5°→10° | 51.6 | 55.3 | 59.6 |
| 0°→5° | 104.3 | 105.9 | 107.3 |
4．結語
(1)蝶閥啟閉操作力矩，受蝶閥密封結構、偏心角度、偏心量、閥桿與軸承的摩擦力、動水力矩等多個因素的影響；蝶閥的公稱直徑小時，動水力矩值不會超過蝶閥的靜壓載荷或干態(tài)的最大力矩，但蝶閥的公稱尺寸到一定大小時，動水力矩值將超過蝶閥的靜壓載荷或干態(tài)的最大力矩，設計選配閥門驅動裝置時，須考慮驅動裝置的操作力矩和自鎖機構的安全性能。
(2)因開度及閥門啟閉方向不同其值各異，還有閥桿水平(臥式安裝)的大口徑偏心閥，蝶板的偏心力矩與動水力矩合成所產生的力矩更不容忽視；另外，閥門進口側裝置彎頭時，形成偏流，力矩會有增加。這些都應在設計制造時要嚴格考慮的。
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