手動密閉蝶閥在工程應用中出現的問題和技術改進

摘要：由于傳統的蝶閥具有的結構特點，給加工制造和工程應用帶來一定的局限性，本文主要介紹了手動密閉蝶閥發展的現狀和采用四連桿機構的手動密閉蝶閥在使用過程中出現的問題以及相應的技術改進措施。

關鍵詞：手動密閉蝶閥 四連桿機構 曲桿-滑槽機構 技術改進

0 引言

蝶閥是以固定在旋轉軸上的閥板作啟閉件，并隨閥桿轉動來開啟、關閉和調節流體通道的一種閥門。蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向，在蝶閥閥體通道內，蝶板繞著軸線旋轉，旋轉角度為0°～90°之間。上世紀30年代，美國發明了蝶閥，到60年代在日本普遍采用，而在我國推廣則是70年代后的事了。普通蝶閥具有如下特點：結構簡單，只由少數幾個零件組成，材料耗用節省；體積小、重量輕、安裝尺寸小，驅動力矩小，操作簡便、迅速，只需旋轉90°即可快速啟閉；并且還具有良好的流量調節功能和關閉密封特性，在大中口徑、中低壓力的使用領域，蝶閥是主導的閥門形式。

1 手動密閉蝶閥的發展進程和現狀

由于傳統的蝶閥特有的結構特點，使得蝶閥在眾多領域內都有廣泛應用。蝶閥處于完全開啟位置時，蝶板厚度是介質流經閥體的唯一阻力，因此通過該閥門所產生的壓力降很小，故具有較好的流量控制特性。目前世界上一般在DN300毫米以上蝶閥已逐漸代替了閘閥。蝶閥與閘閥相比有開閉時間短，操作力矩小，安裝空間小和重量輕的優點。以DN1000為例，蝶閥約2T，而閘閥約3.5T，且蝶閥易與各種驅動裝置組合，有良好的耐久性和可靠性。隨著應用領域的不斷廣泛，蝶閥的公稱通徑的范圍也隨之增大，以往單純的把閥板固定在閥桿上，以閥桿為中心軸旋轉的結構形式已經不能適應當前的形勢。當把四連桿機構引入到蝶閥的結構設計中后，巧妙地利用四連桿機構的幾何學特點，實現了閥板在有限空間內的旋轉、啟閉動作，在一定程度上解決了單純靠“增強”閥桿、閥板來滿足使用要求的矛盾。

2 手動密閉蝶閥在工程應用中存在的問題

任何事物的出現和發展是不以人們的意志為轉移的，在蝶閥的閥板驅動形式采用了四連桿機構之后，確實解決了許多矛盾，在一定程度上拓寬了蝶閥的應用領域。但就目前采用這種機構的蝶閥來說，仍存在一些不利的因素，制約了此類蝶閥的應用和發展。

2.1 閥門以四連桿機構作為閥板啟閉的主傳動機構，其各構件的加工誤差和裝配誤差的累積，以及調整過程的操作不當，導致閥門運轉協調性差，閥板啟閉轉動不平穩，密閉不嚴。由于各構件連接處存在一定的間隙，以實現相對轉動，但各處間隙的累加會影響整個機構的運動準確性，造成閥板在任意位置定位不穩，出現微小顫動，從而引起管路中氣流的不穩定和壓力波動。

2.2 流量系數是衡量閥門流通能力的重要指標，它隨閥門的尺寸、形式、結構而變化，而與之緊密關聯的另一指標是閥門的流阻系數，可以認為，閥門腔體內的每個元件都可以看作為一個產生阻力的元件系統(流體轉彎、擴大、縮小、再轉彎等)，所以，閥門內的壓力損失約等于閥門各個元件壓力損失的總和。四連桿機構為了保證閥板的剛性、強度以及動作的平穩性，無法避免的要設置于閥門腔體內部，而且有一定的抗沖擊、抗扭轉能力，這就注定機構要具備一定的規格尺寸，占據一定的空間位置，于是造成了流體壓力損失的增大，引起手動密閉蝶閥流量系數的降低和流阻系數的增大。

2.3 隨著閥門通徑的增大和閥板尺寸的變大，以往結構形式的閥板的剛性已經不能滿足使用要求，采用四連桿機構后，閥門手動裝置的力矩可以很好的傳遞到閥板的啟閉動作中，但在閥門的關閉過程中，隨著扭矩的不斷增大，閥板容易出現變形，不能很好地與閥座密封面貼合并壓縮密封墊，從而導致密閉失敗。

3 手動密閉蝶閥的技術改進

從發明到現在，蝶閥經歷近一個世紀，以其結構簡單，材料耗用省，體積小，操作簡便、迅速等諸多優點，被眾多領域廣泛接受。隨著現代工業的發展，蝶閥也在不斷的進行技術改進，以滿足更廣泛的工程應用。下面對蝶閥在工程應用中遇到的問題，進行探討和分析，并針對上述問題提出相應的解決方案和改進措施。

3.1 為了提高機構的運動精度和控制機構運動誤差，我們對四連桿機構進行簡化和改進。采用以主傳動軸通過曲桿帶動閥板作主運動，再以閥體上的直線滑槽通過固定在閥板上的滑軸來約束閥板上另一定點，從而實現閥板的翻轉、定位等輔助運動，如圖所示。曲桿—滑槽機構的采用，解決了以往機構復雜、零部件多、加工量大的問題，降低了各構件之間的累積誤差，提高了閥板運動的平穩性和運動精度。

3.2 流量系數是衡量閥門流通能力的重要指標，流量系數值越大說明流體流經閥門時壓力損失越小。以往小通徑的蝶閥，以蝶板繞主軸旋轉的簡單動作來實現閥門的啟閉，蝶閥處于完全開啟的位置時，蝶板厚度是介質流經閥體的唯一阻力。然而，四連桿機構的采用在保證閥板動作的同時，卻降低了蝶閥的流量系數。機構各構件的存在減小了有限的閥腔空間，使介質流經閥體的壓力損失在閥板厚度的因素的基礎上進一步增大，削弱了蝶閥原有的流量系數高，壓力損失小的優越性。當以曲桿—滑槽機構作為閥板的傳動方式后，避免了原來復雜機構構件多、節點多、阻力大的缺陷，并且把個別構件隱藏到閥體的滑槽內，較大程度地減少了構件對介質壓力損失的影響。

3.3 提高構件的剛性通常有兩種方法：①增加構件的組成材料，加大構件的壁厚；②改善構件的結構形式，并合理布置加強筋板。具體到增強密閉蝶閥的閥板的剛性，考慮到閥板經常啟閉，要求靈活輕便，同時要減少用料、降低成本，所以第一種措施可行性不大，需要從改進結構形式的角度出發，采取以下措施：①改進閥板結構，閥板由原來的整體彎折后焊接，改為四周圍板加工后，再與蓋板焊接，并把圍板厚度單獨加大；②閥板的加強筋板由原來的縱橫交錯的“豐”字形狀，改為由中心向四周輻射的“米”字形狀，通過合理布置筋板最大程度地增強閥板的剛性。