1 前言

    蝶阀广泛用于电力、水力、冶金、化工等领域，是流体控制的手段。目前蝶阀种类很多，有对夹式、阀杆单偏心式、阀板双偏心式等，还有引进技术三偏心蝶阀。如何提高蝶阀的密封性？如何消化引进技术？本文借鉴有关资料并结合冶金企业常用阀门的使用情况作以下分析和论述。

    2 蝶阀密封简介

    蝶阀密封形式可分为三种，即软密封、硬密封、软硬组合密封。

    2.1 软密封

    密封件为橡胶制品，阀门关闭后阀板与密封件接触，密封件受压变形起密封作用。一般橡胶制品存在老化和不耐温的问题，在冶金企业中高温，介质杂质颗粒大，工况恶劣，故软密封使用寿命不长。

    2.2 硬密封

    密封面为金属面，阀板上密封面和阀座上密封面均要进行精加工，保证一定的光洁度和硬度，在密封面处要堆焊耐磨材料。硬密封表面可视为许多轮廓蜂的表面，在密封力作用下，接触面上微小凹凸产生变形，当接触面间作用力较小，接触轮廓峰是弹性变形，当作用力较大产生塑性变形，故要实现可靠密封，比压必须增大到使表面产生塑性变形。但是，阀门传动力是一定的，只能提高表面加工精度，克服粗糙度，保证密封。故硬密封加工精度要求高，安装精度要求高，多应用在高温、有磨损的场合。但硬密封在阀门关闭时冲击大，且介质颗粒大、多时，密封性较差。

    2.3 软硬组合式密封

    较为典型的一种是用不锈钢弹性圈座密封圈，取代橡胶密封圈。密封是靠堆焊耐磨材料后进行光整加工的阀板与装在阀体槽内的不锈钢弹性密封圈进行金属弹性密封。阀板是具有非对称圆弧密封面的椭圆形阀板。不锈钢密封圈采用特殊断面形状。选择适当弹力，使之关闭后能与蝶阀板密封面接触面形成一定的密封比压。这种结构适应高温、高压和不易拆装的场合，使用寿命长，不需修理。此种形式比软密封、硬密封效果要好。

    3 三偏心蝶阀

    这里介绍一种新型蝶阀，其阀板密封结构新颖，属于软密封形式，但又不同于一般的软密封，是带骨架的组合密封结构，阀板采用三偏心结构。

    3.1 密封原理及密封结构

    阀板与阀座接触后，因密封力的作用，使阀板上组合密封圈发生弹性变形、填充密封面间的凹凸间隙，实现密封。根据密封理论，密封面要封住介质，就必须在其上存在一个比压，即单位面积的压力值，在密封力大小不变的条件下，密封带越窄比压越大。密封比压的计算公式为^[1]：

    q=p/π（D₁²-D₂²）   （1）

    式中：q—接触面的单位压力
    p—密封面所受工作压力
    D₁、D₂—密封接触面受力部分内、外径

    带骨架组合密封圈采用正锥结构，骨架为钢板。密封圈材质选用弹性好且抗疲劳性能、抗蠕变性能均较好的氟橡胶，它的使用温度为-20~200℃。在受压面均布充气孔，一般为12个，直径6mm。当压力增大时具有自动补偿作用，气压将密封件橡胶向外挤压，更加贴紧密封座，使密封带增大。这样，密封件能在很小的密封比压下实现较高压力下的可靠密封，见图1、图2。

    3.2 结构特点

    三偏心含义是蝶阀阀板的旋转轴心相对阀门通道的轴向偏心和径向偏心以及密封座（圆锥形）的中心线与阀门轴线不同心，有一个夹角，见图3、图4。因为密封面是斜圆锥表面，故阀座和密封面的正截面是椭圆。从旋转中心到密封圆锥上下有两条垂线，密封圈的位置应在a_t和a_e之间，否则会出现泄漏或蝶阀旋转超过90゜后仍继续转动，据有关资料^[2]：

    式中：L-椭圆的长半轴（阀座的大端）

    阀门安装取正流状态，即介质流动方向与阀板转动方向相同。

    3.3 三偏心几何参数对阀性能影响

    3.3.1 阀板偏心参数的影响

    径向偏心距B数值过大，将引起阀板与阀体干涉，而数值过小，会降低密封效果，见图5。在角度θ一定时，B值增大，使开阀力矩下降。

    轴向偏心距A取值与阀杆、阀通径有关，即与结构有关。

    3.3.2 角度θ、Φ的影响

    圆锥轴线倾角Φ增大，开阀力矩减小，圆锥角θ增大，开阀力矩减小。一般0≤Φ≤θ，见图6。

    综上所述，三偏心结构优点是过流面积大，流阻系数小，关、开阀操作力矩小，泄流量小。阀门开启时密封圈摩擦大小很重要，而三偏心结构可以使开阀瞬时阀板及密封圈能迅速离开阀座，从而使密封磨损小，在关阀时阀板能自行嵌入密封座，磨损小，密封件使用寿命长。

    4 蝶阀的技术发展趋势及密封性能的改进

    蝶阀技术发展较快，新型高性能蝶阀不断出现，体现在结构上优化，使用寿命提高，密封性能改善。

    在结构变化方面，偏心式蝶阀渐渐推广。从阀杆单偏心已发展到三偏心。设计趋向体积小、重量轻、易安装维修，适用各种介质（高温、高压、低温、强腐蚀）。

    在提高使用寿命方面，增设阀座调节，可以更换阀座，延长使用寿命，优化几何参数，流阻小，开阀力矩减小。

    在改善密封性能方面，主要是从改进密封结构设计，提高密封件及阀体、阀板的寿命等方面考虑。如采用偏心结构，使橡胶密封件得到较大比压，减少密封件摩擦磨损。

    在阀体材料方面，向通用标准靠拢，冶金行业阀门采用Cr-Mo高温铸钢、高温不锈耐热铸钢、不锈耐酸铸钢以及优质钢板焊接。

    5 结论

    本文介绍的带骨架组合式密封结构，能提高蝶阀的密封性能。阀板、阀体和阀板轴采用三偏心结构能够取得理想的密封效果，安装调整方便，密封件寿命延长，值得推广应用。

原创作者：浙江金锋自动化仪表有限公司