浮動座雙向硬密封蝶閥的設計

摘要： 分析三偏心蝶閥在反向受壓時存在的問題，論述了一種全新的浮動閥座式雙向高壓硬密封蝶閥的設計原理及其關鍵工藝的闡述。

關鍵詞： 蝶閥； 浮動式閥座； 雙向硬密封； 專利產品

1.概述

經過近幾年的快速發展，三偏心硬密封蝶閥設計與制造趨向成熟和完善，其結構更加新穎可靠，性能比較優越，尤其是在大口徑的管路系統中使用，這一點顯得十分突出。但是，在工況介質要求雙向密封時，老的蝶閥結構就難以達到設計要求。偏心蝶閥因其閥桿與通道中心的偏心結構的存在，反向施壓時，使得偏心力矩始終向著開啟的方向，由于閥桿不是絕對剛性而產生扭曲微量開啟；以及介質的推力使蝶板的運動向著脫離楔形的方向，全部的介質推力都施加在閥桿上，使閥桿產生彎曲帶動蝶板及密封圈脫離楔形閥座。這兩點使得反向密封非常困難，以及讓很多國內知名專家都認為反向密封理論上是不可能的。我們針對存在的問題進行細致分析，采用浮動閥座以及活塞原理，使閥座在介質推力作用下浮動補償偏心力矩產生的小開度和閥桿彎曲的位移，類似固定球閥的活動閥座，這樣可以完全解決反向中存在的問題。浮動閥座雙向硬密封蝶閥是專為解決蝶閥在管道介質反方向流動時仍能保持可靠密封而研制開發的新型閥門，具有正反向壓力相當、耐腐蝕、耐磨損、使用壽命長等顯著特點，反向壓力最大可達10MPa。該閥使用于石油、化工、硫酸、冶金、天然氣、供水等行業中，介質流向部固定，需要雙向受力且密封的管路上。

2.結構原理

傳統蝶閥的三偏心結構，蝶板密封面幾何形狀采用斜錐形面，密封面的彈性是通過蝶板的偏心力矩和正向介質推力與閥體密封副產生“楔塊效應”，使密封圈產生柔性接觸而達到密封的目的。在順流方向上，偏心力矩和介質推力都有助于密封，使得越關越緊的特性；反向流動施壓時，偏心力矩和介質推力都使得閥瓣向打開方向運動，結果反向很難密封。因此，將傳統的閥座與閥體在一起的結構做了變化，使閥座與閥體分開，閥座在受到反向介質力時可以游動，來補償偏心力和介質推力而產生的密封圈移位，在壓力越大時介質對閥座的推力也越大，使閥座更加緊密的貼在密封圈上有利于密封，反向“楔塊效應”也得到了充分的利用。

3.浮動閥座設計

浮動閥座的錐度同傳統基本相似，其中最主要要考慮的是閥座的截面積，截面積上的介質力和預緊力在密封圈上產生的比壓應大于必需比壓，否則達不到初始密封，就無法密封。還有彈簧的選取應考慮公稱壓力和實際工況的壓力情況，是正向壓力時閥座緊密貼合端蓋就行了，反向壓力時要迅速的被反向介質推力F壓縮，使閥座6輕松的被推向密封圈8上，快速的形成反向“楔塊效應”；閥座的浮動間隙量應根據閥桿在受到最大推力時的最大彎曲量進行計算，并留有余量。這些因素都充分而正確考慮后設計的閥座，在反向壓力的情況下就可以獲得可靠的密封效果。

4.工藝簡述

總的加工工藝與傳統的加工方法基本一致，閥座需要單獨加工后留錐形密封面不加工，待與閥體一起壓配后加工錐形密封面，壓配時要注意墊墊片以調節密封面的中心高和預留閥座浮動空間，壓配好后在斜度板上車磨密封面。加工好后再與蝶板一起配鏜閥桿軸孔，加工方法與傳統的一樣，最后進行裝配，裝配時卸下墊片換上彈簧，通過端蓋螺絲的壓緊調節預緊力。這樣在結構上和工藝上保證反向密封的有效實現，并可獲得與正向同樣的密封效果。

5.結束語

雙向高壓硬密封蝶閥的開發成功，解決了硬密封蝶閥無法有效雙向密封的難題，滿足了廣大客戶對雙向密封產品的需求，也為公司創造了新的經濟增長點。在實際使用中，該閥門也達到了設計要求，正反向密封效果都很好。并獲得了國家專利，專利號：ZL 2011 2 0282845.6.

參考文獻：

[1]《實用閥門設計手冊》陸培文主編 北京：機械工業出版社出版 2002

[2]《實用閥門設計手冊》楊源泉主編 北京：機械工業出版社出版 1992

[3]《機械設計手冊》徐灝主編 機械工業出版社出版.

作者簡介：粟德（1976-），男，重慶人，工程師，主要從事閥門設計工作，并獲得多項國家專利。