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2017/10/18
調節蝶閥設計時要考慮的因素

調節蝶閥的分類 
調節蝶閥按結構形式主要分為:中線蝶閥、單偏心蝶閥、雙偏心蝶閥和三偏心蝶閥。 
中線蝶閥的結構特征為閥桿軸心線與調節閥密封副接觸面在同一平面上,并與閥體通道對稱中心線垂直相交。其結構簡單,制造方便,常見的襯膠對夾式蝶閥即屬于此類。缺點是由于蝶板與閥座始終處于擠壓狀態,阻力大,磨損快。為保證在擠壓、刮擦后仍保證密封性能,閥座基本上采用橡膠或聚四氟乙烯等彈性材料,因此在使用上受到溫度的限制。 
單偏心蝶閥的結構特征為閥桿軸心線平行偏離了閥門密封副接觸面,并與閥體通道對稱中心線垂直相交,從而在閥門啟閉過程中蝶板上下端不再與閥座接觸而產生過度擠壓。但由于單偏心構造在閥門的整個開關過程中蝶板密封面與閥座密封面仍有擠壓、刮擦現象,在應用范圍上和中線蝶閥大同小異,故采用不多。 
雙偏心蝶閥的結構特征為閥桿軸心線既平行偏離了閥門密封副接觸面,又平行偏離了閥體通道對稱中心線。雙偏心的效果是使閥門在開啟時蝶板密封面能瞬間脫離閥座密封面,消除了蝶板與閥座的不必要的過度擠壓、刮擦現象,減小了密封副間的磨損,減輕了啟閉力矩。同時還使得雙偏心蝶閥也可以采用金屬閥座,提高了蝶閥在高溫領域的應用。 
三偏心蝶閥的結構特征為閥桿軸心線既平行偏離了閥門密封副接觸面,又平行偏離了閥體通道對稱中心線,且閥門密封副接觸面的旋轉體中心線與閥體通道對稱中心線傾斜一角度。三偏心的效果是密封副的接觸斷面由真圓變為橢圓,從根本上改變了密封副的密封原理,使金屬硬密封蝶閥實現零泄漏成為了可能。 

蝶閥設計時要考慮的因素 
蝶閥功能 

設計時要明確蝶閥是用作接通或截斷管路中的介質,還是調節、控制管路中介質的流量和壓力。不同功能的閥門其密封副設計時考慮的因素有所不同,若閥門是用作接通或截斷管路中的介質,則著重考慮閥門的截斷能力,即閥門的密封性能,在確保所選材料必須耐腐蝕的前提下,低、中壓及常溫閥門常采用軟密封的結構形式,中、高溫及高壓閥門則選用硬密封的結構形式;若閥門是用作調節、控制管路中介質的流量和壓力時,則著重考慮閥門的固有調節特性及調節比。 
工藝條件 

設計前首先要充分了解閥門所在工藝系統的工藝條件,包括:介質類型(氣、液、固相及雙相或多相混合等)、介質溫度、介質壓力、介質流速(或流量)、動力源及其參數等。 
(1)介質類型 
蝶閥結構形式通常是根據一種主要的介質進行設計,但也必須考慮到次要的介質,例如用來清洗、試驗和吹掃等介質,介質的黏附及沉積等均對閥門結構設計有影響;同時更要關注介質的腐蝕性對結構及材料的影響。 
(2)介質溫度 
可能引起的問題有:①不同的熱膨脹:溫度梯度或膨脹系數不同會引起閥門密封副的膨脹不均勻,從而導致閥門啟閉時的卡死或泄漏。②材料性能的變化:設計時要考慮材料在高溫下許用應力的降低,另外由于在很高溫度下膨脹的零件可能產生局部屈服,所以熱循環有時也會引起尺寸的變化。③熱應力和熱沖擊。 
(3)介質壓力 
主要影響蝶閥承壓件的強度和剛度設計,及密封副的必需比壓和許用比壓的設計。 
(4)介質流速 
主要影響蝶閥通道及密封副表面的耐沖蝕性能,特別是氣固、液固兩相流的介質,更要謹慎考慮。 
(5)動力源 
其參數直接影響蝶閥的連接接口設計及啟閉時間和驅動靈敏性、可靠性。電源的電壓和電流強度的變化對閥門的影響不很大,主要是氣源和液壓源的壓力和流量將直接影響到蝶閥的功能的實現。 
強度與剛度的考慮 

蝶閥在設計時除按《閥門設計手冊》提供的靜態設計計算外,還要考慮因介質壓力、流速等產生的動態載荷,特別是中高壓管系中蝶閥關閉時產生的水錘能量,還要考慮環境影響的附加載荷以及管道、支座等引起的附加載荷。 
壓力損失和流通能力 

壓力損失和流通能力本質上是同一參數,壓力損失是流體阻力的量度,是閥門進口壓力與出口壓力之差值,在給定流量下,其大小主要取決于蝶閥的結構形式、內件的造形及表面粗糙度設計,通常用流阻系數來表示。流通能力與閥門在給定壓力差時流過的最大流量有關,通常用流量系數來表示。流阻系數與流量系數的關系式為: 
式中 
C——流量系數; 
A——閥門流道的截面積,單位為m2; 
K——流阻系數。 
通常在設計時要考慮盡量使閥門的壓力損失最小和流通能力最大,一般采取的措施有:①閥體通道不縮徑,通道中應無任何凸出部分,蝶板造形圓滑過渡。②盡可能減小介質過流部位的表面粗糙度值。③整個通道橫截面盡量保持不變或采取平緩過渡結構。 
驅動力矩 

蝶閥的驅動方式根據用戶需要可以是電動、氣動、液動、電液動以及氣液動等,驅動裝置的輸出轉矩取決于蝶閥所需的輸入轉矩,蝶閥的輸入轉矩又受結構形式、密封程度、介質種類(水、油、氣和粉體)、介質壓力、工作頻度(低頻度、高頻度)以及控制方式(純開閉型、調節型)等因素的影響。蝶閥的結構形式、密封程度不同,其輸入轉矩的計算公式也不同(詳見《閥門設計手冊》);使用條件的不同,所選擇驅動裝置輸出轉矩的安全系數不同,詳見表1。 
表1控制方式選用的安全系數 
介質敏感性 

蝶閥適用于輸送水、油、氣體、水固兩相以及氣固兩相流等多種介質的管路系統作開關或調節裝置用,因而蝶閥密封副對介質的敏感性也是設計時需考慮的重要因素之一,設計時主要從材料選擇和結構形式上來考慮。例如對介質中含塵量較高的切斷蝶閥,則要選用彈性好的橡膠材料作密封圈,或采用具有自清理結構的多層次金屬硬密封圈,在密封副相對運動的同時靠密封副本身能清除微粒等污物,或采用吹掃、清洗功能來減輕粉塵對密封副的污染。 
壽命 

蝶閥正常的失效形式是泄漏,泄漏又包括外泄漏和內泄漏,外漏主要是沖蝕或腐蝕而導致,內漏主要是密封副破損而導致。通常所說的壽命是指密封副的使用時間或動作次數,其主要取決于介質種類、介質溫度、介質壓力、啟閉頻率和啟閉速度等,從而選擇滿足工況條件的材料并進行必要的熱處理,例如:材料的抗擦傷性能、抗電化學腐蝕性能和疲勞強度等。另外密封副的壽命與結構設計的合理性、制造精度等密切相關。 
主要件材料選用 

蝶閥的主要件包括閥體、蝶板、閥桿、閥座和密封圈,材料選用的主要依據是工況條件,特別關注材料的耐蝕性及適用溫度,一般常用材料的適用溫度及適用介質見表2。 
表2常用材料的適用溫度及適用介質 

結束語 
隨著全球性的節能、環保意識的提高,大型項目工藝系統正在不斷向高參數化發展,從而對閥門的工藝參數也提出了更高、更苛刻的要求,為了適應高壓、高溫、低溫和多相流等工況下的功能要求,蝶閥的結構也在不斷更新換代,高性能的特種蝶閥層出不窮,但萬變不離其中,只有明確工藝系統對閥門的功能要求,明確工況的各項參數,就能設計出滿足功能要求,性能可靠的調節蝶閥產品。提高生產率。
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