1．前言
蝶閥作為一種用來實現(xiàn)管路系統(tǒng)通斷及流量控制的部件，在石油、化工、冶金、水電等許多領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，在已知的蝶閥技術(shù)中，其密封形式多采用橡膠、聚四氟乙烯等。由于結(jié)構(gòu)的限制，不能適應(yīng)高溫、高壓及耐腐蝕、抗磨損等場合。
目前，對閥門的耐久性和可靠性要求越來越高。三偏心金屬硬密封蝶閥隨著技術(shù)的進步應(yīng)運而生，其閥體和閥座為連體構(gòu)件，閥座密封表面堆焊耐溫、耐腐蝕合金材料，多層軟疊式密封圈則固定在碟板上的新型蝶閥。但三偏心結(jié)構(gòu)的在實際生產(chǎn)中也依然存在著很多缺陷。
2．三偏心金屬密封蝶閥
2．1 結(jié)構(gòu)特點
三偏心即碟板回轉(zhuǎn)軸線(閥桿軸線)與板密封面偏置一個尺寸a，并與閥體通道軸線偏置一個尺寸b，閥座回轉(zhuǎn)軸線與閥體通道軸線形成一個角度β(a和b分別為軸向和徑向偏心，β為角度偏心)(見圖1)。
在雙偏心的基礎(chǔ)上，將閥座回轉(zhuǎn)軸線與閥通道軸線形成一個角度β。當(dāng)偏心密封蝶閥完全處于開啟狀態(tài)時，其板密封面完全脫離閥座密封面，并在板密封面與閥座密封面之間形成一個與雙偏心相同的間隙y(見圖2)。由于盧角偏置的形成會使長、短半徑轉(zhuǎn)動的板大、小半圓上的板密封面轉(zhuǎn)動軌跡的切線與閥座密封面形成兩個不同的夾角，使蝶閥啟閉時板密封面相對于閥座密封面漸出脫離和漸入壓緊，從而消除了蝶閥啟閉時蝶閥密封副之間的機械磨損和擦傷。
三偏心蝶閥同單偏心、雙偏心蝶閥一樣，閥門的啟閉是在O～90°之間實現(xiàn)的。由于三偏心中的β角，使板密封面在開啟的瞬間立即脫離閥座密封面，只有在啟閉的瞬間，板密封面才會接觸并壓緊閥座密封面。在此同時密封副兩密封面之間的密封比壓主要是由閥桿外加驅(qū)動力矩產(chǎn)生，不僅消除了常見偏心蝶閥中因彈性閥座、彈性材料老化、冷流、彈性失效等因素造成的密封副兩密封面之間的密封比壓降低和消失，而且可以通過外加驅(qū)動力對其密封比壓任意調(diào)整，進而改善了蝶閥密封性能，大大提高使用壽命。
設(shè)計者通過對管路系統(tǒng)中的工況要求研究，把三偏心金屬密封蝶閥密封選擇成(如圖3)這一密封結(jié)構(gòu)形型式。在管路系統(tǒng)中當(dāng)三偏心蝶閥處于完全關(guān)閉狀態(tài)時，由于三偏心中的β角及偏移量b使碟板在管道介質(zhì)流向(閥門設(shè)計的最有利方向)壓力作用下緊靠閥座，在此同時板上疊層金屬片及石墨等與閥座會緊密在一起。疊層鋼片可承受很高的壓力，以此來確保管路系統(tǒng)中工況壓力的要求。夾層石墨等耐高溫材料在管道比壓作用下與閥座緊密接觸，用其微量變形對機加工精度及密封面磨損補償,保證了系統(tǒng)中的密封要求。當(dāng)壓力不斷增加時，則兩密封副之間的壓差也就相應(yīng)不斷增加，兩接觸密封面靠的越緊、密封效果越好。這種密封型式在工作管路系統(tǒng)中有著耐高溫、高壓及耐腐蝕、抗磨損等優(yōu)良的密封性能。
2．2 使用中存在的問題研究
2．2．1 介質(zhì)正面沖刷密封面
疊層密封面是由軟硬疊式密封圈不銹鋼片和石墨、高溫橡膠紙板等疊加而成，其密封圈固定在板上，當(dāng)板處于常開狀態(tài)下時，管道系統(tǒng)中的介質(zhì)對其密封面形成了正面沖刷(如圖4)。三偏心蝶閥的密封形式是根據(jù)金屬不銹鋼片的微量變形和石墨、高溫橡膠紙等軟疊層對加工精度及磨損補償來完成管道的密封。所以當(dāng)閥門處于常開狀態(tài)下時受到管道系統(tǒng)內(nèi)的介質(zhì)將會直接沖刷疊層密封圈上的不銹鋼片和石墨、高溫橡膠紙板等。密封面的沖刷將直接影響密封副之間的密封性能，從而會導(dǎo)致閥門的泄漏。
多層次密封圈固定在板上的結(jié)構(gòu)造成管道系統(tǒng)中介質(zhì)直接沖刷密封面。第三代多層次金屬密封蝶閥將疊層密封圈固定在閥體上，使其不發(fā)生彎曲和移動，并有效避開了介質(zhì)對疊層密封面的直接沖刷。板密封面采用了耐磨性能極佳的硬質(zhì)合金焊條堆焊，從而提高了碟板的使用壽命，密封效果得到進一步完善(如圖5)。
2．2．2反向承受壓力低
一般的金屬密封蝶閥為雙偏心或三偏心結(jié)構(gòu)，板密封幾何形狀常采用錐形或球形，密封副之間的彈性是通過板的徑向壓縮和正向介質(zhì)的推力產(chǎn)生“俟塊效應(yīng)”，使密封副之間產(chǎn)生柔性接觸而實現(xiàn)正向密封，而反向效果較差。因此只能在要求密封的管路中使用。三偏心金屬密封蝶閥閥板密封面與閥座密封面之間的密封是靠傳動裝置的力矩使閥板壓向閥座，當(dāng)系統(tǒng)管道處于正流狀態(tài)時，介質(zhì)壓力越高密封擠壓越緊。管道密封效果就越好。但當(dāng)管道介質(zhì)逆流時隨著介質(zhì)壓力的增大，閥板與閥座之間的壓力小于介質(zhì)壓力時，密封面就容易泄露。
要解決這一問題，可以做如下改進。一是將閥座改成浮動式結(jié)構(gòu)和偏心拋物線形式的曲面密封，可以有效地降低摩擦力矩和徑向b偏心值(如圖6)。在相同的工況條件下，這種結(jié)構(gòu)是以往三偏心結(jié)構(gòu)蝶閥偏心量的40％～60％。可以減少閥軸承受的力矩，用相同的材料和驅(qū)動力，這種三偏心雙向結(jié)構(gòu)蝶閥要比以往的單向蝶閥更易滿足管道要求。第二，由于閥座的浮動拋物線結(jié)構(gòu)使閥門處于全開狀態(tài)時閥座成橢圓形狀，閥門由全開到全部關(guān)閉時使閥座存在微量彈性變形力。這種結(jié)構(gòu)使得閥門在反向受介質(zhì)壓力時可以利用閥座的彈性變形來補償?shù)寮伴y桿受管道介質(zhì)壓力所產(chǎn)生的微量變形，進一步提高閥門的密封性能。
2．2．3不適用小口徑
金屬三偏心蝶閥的疊層密封圈固定在碟板上使得碟板設(shè)計太厚。依據(jù)流量定義；單位時間內(nèi)通過某一過流斷面的流體的數(shù)量，即體積流量dqv等于過流斷面面積dA與該斷面上流速V的乘積，計算公式：dqv=vdA。當(dāng)、適用在小于DN200口徑時只能是改變其管道介質(zhì)的流速來確保流量的不變。從受管道介質(zhì)流速因素的考慮，將其疊層密封圈改裝成閥座安裝在閥體上，使碟板設(shè)計厚度盡量降低，增大過流斷面的面積，確保實際工況要求。
未完，待續(xù)……
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