雙向壓硬密封蝶閥主要特性

 

關鍵詞：蝶閥；偏心；金屬硬密封；雙向壓

 

近(jin)年(nian)來(lai)
，我(wo)國(guo)金(jin)屬(shu)硬(ying)密(mi)封(feng)蝶(die)閥(fa)發(fa)展(zhan)很(hen)快(kuai)，其(qi)主(zhu)要(yao)結(jie)構(gou)是(shi)偏(pian)心(xin)蝶(die)閥(fa)。偏(pian)心(xin)結(jie)構(gou)蝶(die)閥(fa)的(de)蝶(die)板(ban)與(yu)閥(fa)座(zuo)之(zhi)間(jian)的(de)密(mi)封(feng)是(shi)靠(kao)傳(chuan)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)的(de)力(li)矩(ju)使(shi)蝶(die)板(ban)壓(ya)向(xiang)閥(fa)座(zuo)實(shi)現(xian)的(de)

，閥(fa)杆(gan)啟(qi)閉(bi)扭(niu)矩(ju)越(yue)大(da)，閥(fa)座(zuo)的(de)密(mi)封(feng)性(xing)能(neng)越(yue)好(hao)。對(dui)於(yu)介(jie)質(zhi)雙(shuang)向(xiang)受(shou)壓(ya)密(mi)封(feng)的(de)管(guan)道(dao)，當(dang)介(jie)質(zhi)正(zheng)向(xiang)流(liu)動(dong)時(shi)，介(jie)質(zhi)壓(ya)力(li)使(shi)密(mi)封(feng)比(bi)壓(ya)增(zeng)大(da)．提高密封性能；介(jie)質(zhi)反(fan)向(xiang)流(liu)動(dong)時(shi)
，介(jie)質(zhi)壓(ya)力(li)使(shi)蝶(die)板(ban)與(yu)閥(fa)座(zuo)之(zhi)間(jian)的(de)密(mi)封(feng)比(bi)壓(ya)減(jian)小(xiao)
，有(you)可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)泄(xie)漏(lou)，偏(pian)心(xin)結(jie)構(gou)金(jin)屬(shu)硬(ying)密(mi)封(feng)蝶(die)閥(fa)不(bu)能(neng)完(wan)全(quan)保(bao)證(zheng)反(fan)向(xiang)介(jie)質(zhi)流(liu)動(dong)的(de)密(mi)封(feng)。隨(sui)著(zhe)我(wo)國(guo)南(nan)水(shui)北(bei)調(tiao)工(gong)程(cheng)的(de)開(kai)展(zhan)、長輸管線的不斷建設以及工業環保
、水處理、高層建築、給gei排pai水shui管guan路lu改gai造zao，對dui蝶die閥fa的de密mi封feng性xing能neng也ye提ti出chu了le更geng高gao的de要yao求qiu，既ji要yao保bao證zheng蝶die閥fa在zai正zheng向xiang狀zhuang態tai能neng夠gou密mi封feng
，也ye要yao在zai反fan向xiang狀zhuang態tai能neng夠gou保bao證zheng密mi封feng，因yin此ci
，介jie質zhi雙shuang向xiang流liu動dong都dou能neng保bao證zheng密mi封feng的de雙shuang向xiang壓ya硬ying密mi封feng蝶die閥fa得de到dao國guo內nei閥fa門men行xing業ye的de關guan注zhu。本ben文wen通tong過guo分fen析xi偏pian心xin蝶die閥fa的de密mi封feng力li和he閥fa杆gan變bian形xing，提ti出chu一yi種zhong雙shuang向xiang壓ya金jin屬shu硬ying密mi封feng蝶die閥fa。

 

1 偏心蝶閥密封力分析

 

1.1 密封力分析

 

偏心蝶閥結構見圖 1，主要由閥體、蝶板

、閥杆和填料組成。圖 1 中 L 為閥杆回轉中心與閥體密封麵的偏心距離（mm）。偏心蝶閥在介質正向流動實現密封功能時，閥杆扭矩在蝶板密封麵施加的必需密封力為 FMF（N）。但由於介質力 FMJ（N）的作用
，使密封麵的實際密封力增大到 FMZZ，此時，密封麵的實際密封力 FMZZ 為必需密封力 FMF和介質力 FMJ 之和，即：

 

FMZZ=FMF+FMJ （1）

 

其中：FMF=qMFA

 

式中，qMF 為為密封麵必需密封比壓，MPa；A 為密封麵受壓麵積
，mm2。

 

FMZZ 在密封麵形成的密封比壓由下式計算：

 

qz=FMZZ/A>qMF （2）

 

式中，qz 為密封麵正向密封比壓，MPa。

 

偏心蝶閥受反向介質力作用時，在同樣的閥杆扭矩和介質力作用下，密封力為：

 

FMZF=FMF-FMJ （3）

 

式中，FMZF 為密封麵的反向密封力
，N。

 

FMZF 在密封麵形成的密封比壓由下式計算：

 

qF=FMZF/A

 

式中，qF 為密封麵反向密封比壓，MPa。

 

分析式（2）和式（4）可知，偏心蝶閥在正向介質力作用時，密封麵的密封力 FMZZ shifaganzuoyonglihezhengxiangjiezhilizuoyongzhihe
，jiezhizhengxiangliudongrongyishixianmifeng。jiezhizaifanxiangliudongshi
，youyujiezhilidezuoyong
，mifenglijianxiao
，fanxiangmifengbiya qF 小於正向密封比壓 qZ，且 qZ

 

必需密封力 FMF 是(shi)由(you)閥(fa)杆(gan)施(shi)加(jia)在(zai)蝶(die)板(ban)密(mi)封(feng)麵(mian)上(shang)的(de)作(zuo)用(yong)力(li)
，正(zheng)向(xiang)密(mi)封(feng)時(shi)閥(fa)杆(gan)施(shi)加(jia)在(zai)蝶(die)板(ban)密(mi)封(feng)麵(mian)上(shang)的(de)作(zuo)用(yong)力(li)是(shi)必(bi)需(xu)密(mi)封(feng)力(li)。若(ruo)使(shi)介(jie)質(zhi)反(fan)向(xiang)流(liu)動(dong)時(shi)能(neng)夠(gou)保(bao)證(zheng)密(mi)封(feng)
，即(ji) qF≥qMF，則：

 

FMZF=FMF+FMJ-FMJ=FMF （5）

 

由(you)此(ci)可(ke)知(zhi)，反(fan)向(xiang)密(mi)封(feng)時(shi)閥(fa)杆(gan)施(shi)加(jia)在(zai)蝶(die)板(ban)密(mi)封(feng)麵(mian)上(shang)的(de)作(zuo)用(yong)力(li)為(wei)必(bi)需(xu)密(mi)封(feng)力(li)與(yu)介(jie)質(zhi)力(li)之(zhi)和(he)
，反(fan)向(xiang)密(mi)封(feng)時(shi)閥(fa)杆(gan)施(shi)加(jia)在(zai)蝶(die)板(ban)密(mi)封(feng)麵(mian)上(shang)的(de)作(zuo)用(yong)力(li)大(da)於(yu)正(zheng)向(xiang)密(mi)封(feng)時(shi)閥(fa)杆(gan)作(zuo)用(yong)力(li)。

 

1.2 閥杆彎曲變形對密封影響的分析

 

由you於yu反fan向xiang密mi封feng時shi閥fa杆gan施shi加jia在zai蝶die板ban密mi封feng麵mian上shang的de作zuo用yong力li大da於yu正zheng向xiang密mi封feng時shi閥fa杆gan作zuo用yong力li

，因yin此ci
，僅jin對dui介jie質zhi反fan向xiang流liu動dong時shi閥fa杆gan彎wan曲qu變bian形xing對dui偏pian心xin蝶die閥fa的de密mi封feng影ying響xiang進jin行xing分fen析xi。介jie質zhi反fan向xiang流liu動dong，閥fa杆gan在zai克ke服fu密mi封feng麵mian作zuo用yong力li的de同tong時shi，還hai要yao克ke服fu介jie質zhi力li對dui閥fa杆gan的de正zheng壓ya力li。將jiang閥fa杆gan受shou力li簡jian化hua為wei簡jian支zhi梁liang
，見jian圖tu 2。圖 2 中 A、B 兩點為閥體對閥杆的支點，C
、D 兩點是閥杆的受力點
，作用力為 FFGF/2（FFGF 為蝶板密封麵力和介質力對閥杆的作用力，N）
，根據力的平衡原理有：

 

FFGF=FMF+2FMJ （6）

 

FFGF 對閥杆產生的彎曲變形量為：

 

 

 

式中，δ1 為閥杆彎曲變形量，l1、l2 分別為 AC 和 DB 距離
，通常取 l1=l2
，l 為 A
、B 兩點距離，mm；E 為彈性模量
，GPa；I 為慣性矩

，N·s2·m。

 

由於密封力和介質作用力的共同作用使得閥杆發生彎曲變形，變形量為 δ1。dangjiezhizhengxiangliudongshi，faganxiangmifengmianfangxiangwanqu，faganbianxingyouliyumifeng。jiezhifanxiangliudongshi，faganxiangyuanlimifengmianfangxiangwanqu，diebansuizhefaganwanqutuolimifengmian
，mifenglijianxiao，bunengbaozhengmifeng。youyishangfenxikezhi，dangjiezhifanxiangliudongshi，youyujiezhilidefanxiangzuoyong，pianxindiefabunengbaozhengkekaodemifenggongneng。weilejiejueciwenti，womenyanzhileyizhongxinxingdeshuangxiangyajinshuyingmifengdiefa。

 

2 雙向壓金屬硬密封蝶閥結構

 

2.1 結構

 

雙向壓金屬密封蝶閥結構見圖 3。主要由下楔塊軸、閥體、蝶板、閥杆、上楔塊軸
、填料
、閥蓋、填料壓蓋及導向塊等組成。其工作原理是，在開啟狀態
，閥杆右旋
，導向塊引導閥杆帶動蝶板向右旋轉 90°，使蝶板密封麵與閥體密封麵處於平行位置，閥杆繼續右旋，導向塊引導閥杆向下運動，推動上、下楔塊，使楔塊楔麵推動蝶板和閥體密封麵接觸，蝶閥關閉，實現密封；在關閉狀態
，閥杆左旋，導向塊引導閥杆向上移動，推動上、下xia楔xie塊kuai作zuo向xiang上shang運yun動dong
，楔xie塊kuai楔xie麵mian帶dai動dong蝶die板ban平ping移yi
，蝶die板ban密mi封feng麵mian和he閥fa體ti密mi封feng麵mian脫tuo離li，蝶die板ban移yi動dong一yi定ding的de偏pian心xin距ju離li後hou
，閥fa杆gan繼ji續xu左zuo旋xuan，導dao向xiang塊kuai引yin導dao閥fa杆gan旋xuan轉zhuan
，並bing帶dai動dong蝶die板ban向xiang左zuo旋xuan轉zhuan 90°，蝶閥開啟。由於蝶板相對於閥體密封麵偏移一定距離後旋轉
，因此蝶板開啟和關閉時不和閥體密封麵產生幹涉。

 

閥杆上、下xia部bu位wei設she置zhi的de楔xie形xing塊kuai的de推tui力li能neng夠gou克ke服fu介jie質zhi反fan向xiang流liu動dong的de壓ya力li，使shi蝶die閥fa在zai介jie質zhi雙shuang向xiang流liu動dong的de工gong況kuang下xia實shi現xian可ke靠kao的de密mi封feng。蝶die板ban上shang設she置zhi了le楔xie形xing燕yan尾wei梢shao，閥fa杆gan做zuo上shang、xiayundongdaidongxiexingkuaiyundong

，xiexingkuaiweiyiduidiebanmifengmianshijiamifengli
，tigaolediefademifengxingneng，tongshinenggoubuchangmifengfudemosun，tigaolejinshumifengdiefakekaoxing。xiexingkuaidexiemianzaidiebanxiexingyanweicaoneituidongdiebanzuowangfuzhixianyundong，shidiebanjiechuhuotuolifatimifengmian
，jianxiaomifengmiandecashang。diebanxianzhixianyundong
，ranhouxuanzhuanyundong，yanchanglediefadekaiqiheguanbishijian，jianxiaolediefadeshuidongliju。diebanmifengmianhefatimifengmianjunweizhuimian，mifengkekao，shejihejiagongjiandan。

 

2.2 密封分析

 

 

雙向壓金屬密封蝶閥結構特點是上、下楔塊軸與閥體軸孔為過渡配合，上、下楔塊軸孔與閥杆為間隙配合。介質反向流動時，向下推動上
、下楔塊
，上、下楔塊推動蝶板向閥體密封麵施加密封力，蝶板密封力和介質壓力使上、下楔塊軸發生彎曲變形，由於上
、下楔塊軸孔與閥杆是間隙配合，上、下楔塊軸彎曲變形不致影響閥杆發生彎曲變形，閥杆在蝶閥啟閉過程中隻受拉伸和壓縮。上
、下楔塊的彎曲變形見圖 4。圖 4 中上、下楔塊的受力簡化為懸臂梁，A 點固定，為閥體對楔塊的支撐點
，B 點為上
、下楔塊的受力點，作用力為 FMF/2，則彎曲變形量為：

 

δ2=FFGFl13/(6EI) （8）

 

式中
，δ2 為上
、下楔塊軸彎曲變形量，l1 為 A、B 兩點距離，mm。

 

由式（7）和式（8）得：

 

 

 

在實際設計中，由於 l 遠大於 211
，故 δ1>δ2
，可知偏心蝶閥閥杆彎曲變形量大於雙向壓金屬密封蝶閥上
、下楔塊軸的彎曲變形量。

 

雙向壓金屬密封蝶閥上、下楔塊軸布置在閥腔上、下部位，適當增加上、下楔塊軸橫截麵積
，即增大慣性矩 I
，增加了閥杆剛度，使變形量 δ2 為減小，不會使蝶閥的流體阻力過大。上
、下楔塊軸孔與閥杆的配合間隙大於或等於變形量 δ2

，則上、下楔塊的變形不會引起閥杆產生彎曲變形。上、下楔塊進一步推動閥杆
，增大楔形塊的楔緊力，蝶板獲得更大的密封力
，可以補償變形量 δ2 引起的蝶板向密封麵反向的微量移動，提高了反向密封的可靠性。

 

3 結語

 

雙向壓金屬密封蝶閥的特殊結構解決了偏心蝶閥介質反向流動時不能保證可靠密封的問題，其設計新穎、性能良好、結構相對簡單、容易製造且安裝操作方便。通過產品試製和密封試驗
，達到了設計規定的密封耐壓效果。該閥適用於石油
、化工
、天然氣及供水等行業中有雙向流通需要的壓力管道。