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摘要：對蝶閥設(shè)計應(yīng)注意的流阻、強(qiáng)度、剛度和結(jié)構(gòu)等問題進(jìn)行了論述，對蝶閥選用時應(yīng)考慮的溫度、壓力、密封及材料等問題提出了建議。

關(guān)鍵詞：蝶閥；設(shè)計；選用；

1 概述

蝶閥是給水排水管路系統(tǒng)中的一個重要裝置隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，對蝶閥的結(jié)構(gòu)及性能提出了不同的要求。因此，在設(shè)計及選用時應(yīng)根據(jù)工況條件，對其類型、材料和連接形式等做出合理的選擇。

2 設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)

蝶閥的關(guān)閉件（蝶板）在介質(zhì)中間，設(shè)計時應(yīng)考慮其對流阻的影響。

1.    關(guān)于大口徑蝶閥蝶板的結(jié)構(gòu)，AWWA C504（美國給水工程協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定，蝶板不應(yīng)有橫向筋，其厚度不得大于閥桿直徑的 2.25 倍。

2.    蝶板的迎水面和出水面應(yīng)呈流線型。

3.    內(nèi)部螺釘不能凸出在蝶板外面，以免增加迎水面積。

國外某公司生產(chǎn)的蝶閥為了減小流阻將蝶板做成鐵餅形，也有公司將小型蝶閥蝶板做得很薄，而水電管網(wǎng)上用的蝶閥在全開位置時蝶板有導(dǎo)流件，都是為了減小流阻。我國 JB/T 53171-1999 標(biāo)準(zhǔn)也將標(biāo)準(zhǔn) ISO/TC 153/SC1GT8-37的流阻和流量系數(shù)（見《表 1》）列入其中，這說明流阻是一個重要指標(biāo)。

2.2 橡膠密封圈

有時橡膠蝶閥使用壽命較短，這與橡膠質(zhì)量及密封面寬度有關(guān)。橡膠密封蝶閥的密封圈應(yīng)選用的橡膠材料制造，在壓制成型時應(yīng)遵守工藝規(guī)程，不能任意提高硫化溫度，縮短時間，否則容易造成密封圈老化和開裂。與橡膠密封圈配合的金屬密封面應(yīng)有足夠的寬度，否則橡膠密封圈不易嵌入。另外，閥體及蝶板的形位公差、對稱度、精度、光潔度、密封圈的壓彈量等也影響橡膠密封圈的使用壽命。

2.3 剛度

剛度是蝶閥設(shè)計中的重要問題，它與蝶板、閥軸及連接等因素有關(guān)。

（1）閥軸尺寸 AWWA C504 中規(guī)定了閥軸尺寸。閥軸尺寸達(dá)不到要求，可能出現(xiàn)剛度不夠，反向密封泄漏，開啟力矩大等現(xiàn)象。軸的剛度與 1/EI 有關(guān)，也就是說要提高剛度減小變形問題應(yīng)該從提高 EI 著手。E 是彈性模量，一般鋼材差別不大，選用好的材料對剛度影響不大。I 是慣性矩，與軸的截面尺寸有關(guān)。閥軸的尺寸一般按彎扭合成計算，它不僅與扭矩有關(guān)，而且主要與彎矩有關(guān)，尤其大口徑蝶閥彎矩比扭矩大得多。

（2）軸孔配合 AWWA C504的舊版本中規(guī)定，蝶閥軸是一根直通的整軸。1980 版本以后，提出可以做成兩段短軸。AWWA C504及 GB12238 規(guī)定，軸與孔的嵌入長度應(yīng)為 1.5d。日本蝶閥軸向尺寸中閥體內(nèi)邊緣與蝶板支承端之間的間隙（C 值）給出規(guī)定，一般與口徑大小有關(guān)，在 25~45mm 之間，也就是盡量減小軸支承間的距離（C 值），從而減小軸的彎矩和變形。

（3）蝶板結(jié)構(gòu) 蝶板結(jié)構(gòu)形式與剛度有直接關(guān)系，因此除平板形外多做成鍋形或桁架形?？傊菫榱嗽龃髷嗝娴膽T性矩，以提高剛度。

（4）閥體結(jié)構(gòu) 大口徑蝶閥閥體設(shè)計中也存在剛度問題。一般有圈筋和橫筋，實際上橫筋只是增加穩(wěn)定性，不宜太多，主要是圈筋。如果能加∩形筋則對剛度更有利，但存在工藝性差的問題。

2.4 自潤滑軸承

蝶板上所受介質(zhì)壓力大部或全部（反向）是通過軸傳遞到軸承上去的，因此軸承起到非常重要的作用。國外蝶閥有的轉(zhuǎn)動很輕巧，小口徑閥門一個手指都能轉(zhuǎn)動，而國產(chǎn)蝶閥有的轉(zhuǎn)動卻很沉重，這除了與同軸度、對稱度、加工精度、光潔度和填料的質(zhì)量有關(guān)之外，很重要的一個因素就是軸套材料的潤滑性。AWWA C504 標(biāo)準(zhǔn)提出，閥體中安裝的軸套或軸承應(yīng)屬于自潤滑材料，軸套存在減磨潤滑問題，不允許銹蝕。沒有軸套，即使閥軸是不銹鋼，閥體也有銹蝕及膠合粘著問題。采用軸套還可以增加剛性。

2.5 軸與蝶板的連接

小口徑蝶閥的軸與蝶板采用鍵或花鍵連接為宜，也可以采用多邊形軸連接或銷釘連接，大口徑蝶閥的軸與蝶板多采用鍵或錐銷等連接。目前軸與蝶板采用銷連接的比較多。在惡劣的工況條件下連接銷有損壞現(xiàn)象，這主要是由于制造的原因，其中吻合精度不好，銷子尺寸選擇不合適，銷子硬度不夠或采用材料不合適等應(yīng)引起注意。大型蝶閥的軸與蝶板可采用特殊的方法進(jìn)行連接。

2.6 結(jié)構(gòu)長度

蝶閥的結(jié)構(gòu)長度向短系列發(fā)展，但這樣的做法要慎重。因為結(jié)構(gòu)長度太短對強(qiáng)度有影響。標(biāo)準(zhǔn)對法蘭蝶閥短系列結(jié)構(gòu)長度做出了規(guī)定，但是壓力較高的閥門結(jié)構(gòu)長度不宜改短，否則會出問題，尤其是鑄鐵等脆性材料。

3 選用

3.1 類型

蝶閥有單偏心、斜板式、中線型、雙偏心和三偏心等不同結(jié)構(gòu)。介質(zhì)壓力通過蝶板作用在閥軸及軸承上，因此在高壓小口徑流阻很大時，其軸徑和蝶板厚度都相應(yīng)增加，如果采用閘閥和球閥或截止閥，從密封及流阻等方面分析比采用蝶閥合適。

近幾年來，在水系統(tǒng)中軟密封閘閥的出現(xiàn)改善了閘閥容易沉淀泥沙的缺點，其流阻比較小，可以在線維修，用于中小口徑非常合適，因此逐漸得到了應(yīng)用。

3.2 密封副

金屬密封蝶閥的主要優(yōu)點是密封可靠、壽命長、耐高溫，不易損壞和撕裂，承壓能力高。因此近些年來應(yīng)用較多，尤其用于工程系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。橡膠軟密封蝶閥如果設(shè)計制造優(yōu)良可以得到很好的密封，而且大口徑容易做到在線換圈。但是橡膠存在老化問題，只能用于溫度不高的工況條件下，因此廣泛應(yīng)用在自來水及供水系統(tǒng)。

國外金屬密封蝶閥也用于火電廠的泵站、凝汽器、抽汽系統(tǒng)及換熱系統(tǒng)，核電站還用于壓力殼隔離、噴淋系統(tǒng)及鹽水等，石油精練系統(tǒng)中的儲油隔離、蒸汽供給閥、脫硫系統(tǒng)和尾氣處理、熱裂解及催化單元中。還有石油化工廠、深冷、漿液和造紙等系統(tǒng)。

對于中溫中壓工況選用金屬密封蝶閥較好。對于要求閥門可靠性高，壽命長，長期不宜更換的地方，也應(yīng)該選用金屬密封蝶閥。

對用于常溫水的閥門，如果不是要求很高，長期不更換或更換不方便的地方，則宜采用軟密封結(jié)構(gòu)的蝶閥。如果橡膠質(zhì)量能夠保證，水用大口徑蝶閥仍應(yīng)以橡膠閥座蝶閥為主。

4 結(jié)語

新工藝及新材料的不斷出現(xiàn)，將提高蝶閥的結(jié)構(gòu)性能，擴(kuò)大蝶閥的使用范圍，并對蝶閥的設(shè)計和選用提出更新的要求。

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蝶閥優(yōu)缺點及安裝維護(hù)

蝶閥可分為氣動蝶閥、電動蝶閥、手動蝶閥等，蝶閥是用圓形蝶板作啟閉件并隨閥桿轉(zhuǎn)動來開啟、關(guān)閉和調(diào)節(jié)流體通道的一種閥門。蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在蝶閥閥體圓柱形通道內(nèi)，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為 0°~90° 之間，旋轉(zhuǎn)到 90° 時，閥門則牌全開狀態(tài)。蝶閥又叫翻板閥,是一種結(jié)構(gòu)簡單的調(diào)節(jié)閥，同時也可用于低壓管道介質(zhì)的開關(guān)控制。蝶閥（英文：butterflyvalve）是指關(guān)閉件（閥瓣或蝶板）為圓盤，圍繞閥軸旋轉(zhuǎn)來達(dá)到開啟與關(guān)閉的一種閥，在管道上主要起切斷和節(jié)流用。蝶閥啟閉件是一個圓盤形的蝶板，在閥體內(nèi)繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到啟閉或調(diào)節(jié)的目的。蝶閥全開到全關(guān)通常是小于 90°，蝶閥和蝶桿本身沒有自鎖能力，為了蝶板的定位，要在閥桿上加裝蝸輪減速器。采用蝸輪減速器，不僅可以使蝶板具有自鎖能力，使蝶板停止在任意位置上，還能改善閥門的操作性能。、工業(yè)蝶閥的特點能耐高溫，適用壓力范圍也較高，閥門公稱通徑大，閥體采用碳鋼制造，閥板的密封圈采用金屬環(huán)代替橡膠環(huán)。大型高溫蝶閥采用鋼板焊接制造，主要用于高溫介質(zhì)的煙風(fēng)道和煤氣管道。

蝶閥按結(jié)構(gòu)形式可分為偏置板式、垂直板式、斜板式和杠桿式。按密封形式可分為較密封型和硬密封型兩種。軟密封型一般采用橡膠環(huán)密封，硬密封型通常采用金屬環(huán)密封。按連接型式可分為法蘭連接和對夾式連接；按傳動方式可分為手動、齒輪傳動、氣動、液動和電動幾種。

1、啟閉方便迅速、省力、流體阻力小，可以經(jīng)常操作。

2、結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕。

3、可以運(yùn)送泥漿，在管道口積存液體zui少。

4、低壓下，可以實現(xiàn)良好的密封。

5、調(diào)節(jié)性能好。

1、使用壓力和工作溫度范圍小。

2、密封性較差。

蝶閥安裝與維護(hù)

1、在安裝時，閥瓣要停在關(guān)閉的位置上。

2、開啟位置應(yīng)按蝶板的旋轉(zhuǎn)角度來確定。

3、帶有旁通閥的蝶閥，開啟前應(yīng)先打開旁通閥。

4、應(yīng)按制造廠的安裝說明書進(jìn)行安裝，重量大的蝶閥，應(yīng)設(shè)置牢固的基礎(chǔ)。

5、蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在蝶閥閥體圓柱形通道內(nèi)，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為 0°~90° 之間，旋轉(zhuǎn)到 90° 時，閥門則牌全開狀態(tài)。

6、如果要求蝶閥作為流量控制使用，主要的是正確選擇閥門的尺寸和類型。蝶閥的結(jié)構(gòu)原理尤其適合制作大口徑閥門。蝶閥不僅在石油、煤氣、化工、水處理等一般工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，而且還應(yīng)用于熱電站的冷卻水系統(tǒng)。

7、常用的蝶閥有對夾式蝶閥和法蘭式蝶閥兩種。對夾式蝶閥是用雙頭螺栓將閥門連接在兩管道法蘭之間，法蘭式蝶閥是閥門上帶有法蘭，用螺栓將閥門上兩端法蘭連接在管道法蘭上。

8、蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在蝶閥閥體圓柱形通道內(nèi)，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為 0°~90° 之間，旋轉(zhuǎn)到 90° 時，閥門則牌全開狀態(tài)。

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蝶閥結(jié)構(gòu)和常見問題

目前，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，已在石油、化工、冶金、水電等許多領(lǐng)域中得到極為廣泛地應(yīng)用。在已知的蝶閥技術(shù)中，其密封形式多采用密封結(jié)構(gòu)，密封材料為橡膠、聚四氟乙烯等。由于結(jié)構(gòu)特征的限制，不適應(yīng)耐高溫、高壓及耐腐蝕、抗磨損等行業(yè)。

現(xiàn)有一種比較*的蝶閥是三偏心金屬硬密封蝶閥，閥體和閥座為連體構(gòu)件，閥座密封表面層堆焊耐溫、耐蝕合金材料。多層軟疊式密封圈固定在閥板上，這種蝶閥與傳統(tǒng)蝶閥相比具有耐高溫，操作輕便，啟閉無磨擦，關(guān)閉時隨著傳動機(jī)構(gòu)的力矩增大來補(bǔ)償密封，提高了蝶閥的密封性能及延長使用壽命的優(yōu)點。

但是，這種蝶閥在使用過程中仍然存在以下問題：

1.    由于多層軟硬疊式密封圈固定在閥板上，當(dāng)閥板常開狀態(tài)時介質(zhì)對其密封面形成正面沖刷，金屬片夾層中的軟密封帶受沖刷后，直接影響密封性能。

2.    受結(jié)構(gòu)條件的限制該結(jié)構(gòu)不適應(yīng)做通徑 DN200 以下閥門，原因是閥板整體結(jié)構(gòu)太厚，流阻大。

3.    因三偏心結(jié)構(gòu)的原理，閥板的密封面與閥座之間的密封是靠傳動裝置的力矩使閥板壓向閥座。正流狀態(tài)時，介質(zhì)壓力越高密封擠壓越緊。當(dāng)流道介質(zhì)逆流時隨著介質(zhì)壓力的增大閥板與閥座之間的單位正壓力小于介質(zhì)壓強(qiáng)時，密封開始泄漏。

高性能三偏心雙向硬密封蝶閥，其特征在于：所述閥座密封圈由軟性 T 形密封環(huán)兩側(cè)多層不銹鋼片組成。閥板與閥座的密封面為斜圓錐結(jié)構(gòu)，在閥板斜圓錐表面堆焊耐溫、耐蝕合金材料；固定在調(diào)節(jié)環(huán)壓板之間的彈簧與壓板上調(diào)節(jié)螺栓裝配一起的結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)有效地補(bǔ)償了軸套與閥體之間的公差帶及閥桿在介質(zhì)壓力下的彈性變形，解決了閥門在雙向互換的介質(zhì)輸送過程中存在的密封問題。采用軟性T型兩側(cè)多層不銹鋼片組成密封圈，具有金屬硬密封和軟密封的雙重優(yōu)點，無論在低溫和高溫情況下，均具有零滲漏的密封性能。

試驗證明池正流狀態(tài)（介質(zhì)流動方向與蝶板轉(zhuǎn)動方向相同）時，密封面的壓力是傳動裝置的力矩和介質(zhì)壓力對閥板的作用產(chǎn)生的。正向介質(zhì)壓力增大時閥板斜圓錐表面與閥座密封面擠壓越緊，密封效果越好。當(dāng)逆流狀態(tài)時，閥板與閥座之間的密封靠驅(qū)動裝置的力矩使閥板壓向閥座。隨著反向介質(zhì)壓力的增大，閥板與閥座之間的單位正壓力小于介質(zhì)壓強(qiáng)時，調(diào)節(jié)環(huán)的彈簧在受載后所儲存的變形能補(bǔ)償閥板與閥座密封面的緊壓力起到自動補(bǔ)償作用。因此本實用新型不像現(xiàn)有的技術(shù)那樣，在閥板上安裝軟硬多層密封圈，而是直接安裝在閥體上，在壓板和閥座中間增設(shè)調(diào)節(jié)環(huán)是十分理想的雙向硬密封方式。它將可取代閘閥、截止閥及球形閥。

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蝶閥結(jié)構(gòu)及適用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

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