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如果要求蝶阀作为流量控制使用

时间:2015-10-02 15:24 作者:admin
30年代,美国人发明了蝶阀,50年代蝶阀传入日本,而蝶阀在我国推广则是70年代后的事了。目前世界上在DN300毫米以上的蝶阀已逐渐代替了闸阀。蝶阀与闸阀相比具有开闭时间短,安装空间小

30年代,美国人发明了蝶阀,50年代蝶阀传入日本,而蝶阀在我国推广则是70年代后的事了。目前世界上在DN300毫米以上的蝶阀已逐渐代替了闸阀。蝶阀与闸阀相比具有开闭时间短,安装空间小和重量轻的优点。

作为蝶阀中的一个“大家族”,蝶阀在我国的应用范围正在不断扩大,需求量年年增长,越来越受到重视。本文就蝶阀的结构、性能和基本知识做一介绍,对蝶阀未来的发展方向做简要综述。

蝶阀自发明以来,被越来越广泛的应用于生活、工作的各个领域,发挥着不可替代的作用。从中心密封蝶阀到单偏心密封蝶阀再到双偏心密封蝶阀,最后是现在被广泛应用的三偏心密封蝶阀。蝶阀技术的历史传承印证了蝶阀技术的不断进步。

蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板,在阀体内绕其自身的轴线旋转,从而达到启闭或调节。蝶阀全开到全关通常小于900,蝶阀和蝶杆本身没有自锁有力,为了蝶板的定位,要在阀杆上加装蜗轮减速器。采用蜗轮减速器,不仅可以使蝶板具有自锁能力,使蝶板停止在任意位置上,还能改善蝶阀的操作性能。

工业专用蝶阀的特点是能耐高温,适用压力范围也较高,蝶阀公称通径大,阀体采用碳钢制造,阀板的密封圈采用金属环代替橡胶环。大型高温蝶阀采用钢板焊接制造,主要用于高温介质的烟风道和煤气管道。

在安装时,阀瓣要停在关闭的位置上;开启位置应按蝶板的旋转角度来确定;带有旁通阀的蝶阀,开启前应先打开旁通阀;应按制造厂的安装说明书进行安装,重量大的蝶阀,应设置牢固的基础。

蝶阀的家族可谓庞大,单就偏心密封蝶阀来说,就可以分为各种不同的种类。下面着重介绍印证蝶阀发展史的单偏心密封蝶阀、双偏心密封蝶阀以及三偏心密封蝶阀。另外,对于法兰蝶阀和弹性金属硬密封蝶阀的特点也有一定的介绍。

为解决同心蝶阀的蝶板与阀座的挤压问题、由此产生了单偏心蝶阀、其结构特征为阀杆轴心偏离了蝶板中心、从而使蝶板上下端不再成为回转轴心、减轻了蝶板上下端与阀座的过度挤压。但由于单偏心构造在蝶阀的整个开关过程中蝶板与阀座的刮擦现象并未消失、在应用范围上和同心蝶阀大同小异、故采用不多。单偏心密封蝶阀具有以下几个特点:

在单偏心蝶阀的基础上进一步改良成型的就是目前应用最广泛的双偏心蝶阀。其结构特征为在阀杆轴心既偏离蝶板中心、也偏离本体中心。双偏心的效果使蝶阀被开启后蝶板能迅即脱离阀座、大幅度地消除了蝶板与阀座的不必要的过度挤压、减轻了开启阻距、提高了阀座寿命。刮擦的大幅度降低、同时还使得双偏心蝶阀也可以采用金属阀座、提高了蝶阀在高温领域的应用。但因为其密封原理属位置密封构造、即蝶板与阀座的密封面为线接触、通过蝶板挤压阀座所造成的弹性变形产生密封效果、故对关闭位置要求很高(特别是金属阀座)、这就是为什么传统上人们认为蝶阀不耐高压、泄漏量大的原因。其特点如下:

,不受杂质卡阻影响,两端的联体“O”型密封线使管道安装无须垫片而保持可靠密封,并可根据不同使用要求选用不同材质。

三偏心蝶阀自问世以来,为满足日益严酷的工况要求,其本身也经历着自我完善和不断发展的过程。即便要求最高的零泄漏,三偏心蝶阀理论上都可以做到,但实际上其还是要依赖于周密的设计,精密的制造。以世界著名的巴蝶蝶阀株式会社为例,该公司在吸取、总结其他品牌三偏心蝶阀的长短处的基础上,推出了三偏心蝶阀Tritec,其特点如下

众所周知,API609事实上已成为工业重要管线上用蝶阀的国际规格。而Tritec正是全面严格按照API609规格的1997年最新版设计,制造的。三偏心蝶阀的基本设计不仅仅局限于API一个规格,而是等各大规格都能对应,这保证了三偏心蝶阀在所有的工业领域都有用武之地。

三偏心蝶阀严格按照API609的规格要求,为防止因受流体压力、温度的影响而引起的蝶板变形、密封面咬合等现象的发生,在蝶板上下侧分别装有两个各自独立的止推环,从而保证了蝶阀在任何工况下都能正常工作;同时,为防止未知原因所引起的阀杆破损、飞出而造成的突发事故,在蝶阀下端内外两处设计了各自独立的阀杆飞出防止机构。

在设计过程中,特别考虑了在调控领域中的应用问题,充分利用三偏心蝶阀的密封原理,做到了蝶阀开关时蝶板不刮擦阀座,阀杆的扭矩通过蝶板直接传递至密封面,也就是说蝶板与阀座间几乎无磨擦现象发生,从而杜绝了打开普通蝶阀时所常见的跳跃现象,根除了蝶阀的低开度范围内因磨擦等各种不安定因素而造成的调控不能现象,即根除了死区。这意味着三偏心蝶阀几乎可以从0开度开始即进入可调控区域,直至90开度,其正常调控比是一般蝶阀的2倍以上,调控比最高可高达100:1以上。这为三偏心蝶阀作为调控阀使用创造了良好的条件,特别是在大口径时,截止阀的成本极高,截止阀无法实现零泄漏,在需要紧急关断的工况中,必须在截止阀的旁侧加装关断阀,而三偏心蝶阀集调控与关断于一身,其经济效益是极其可观的。

三偏心蝶阀的阀座安装构造有两种,大多数是为图方便而安装在蝶板上,但三偏心蝶阀则采用了本体阀座构造,将阀座安装在本体上。其优点是与蝶板阀座相比,大大减少了阀座直接接触介质的机会,从而降低了阀座受冲蚀的程度,延长了阀座的使用寿命。

阀座由不锈钢薄片与石墨薄片层叠而成,这种结构可以有效地防止介质中的微小固形物的影响和热膨胀所可能引起的密封面咬合,即使出现微小的损伤,也不会产生泄漏,而这对于双偏心蝶阀来说是不可想像的。

密封副可谓独树一帜,不但本体阀座可以更换,而且由于蝶板密封面与蝶板是独立的,蝶板密封面也可以更换,也就是说当蝶板密封面受损时,不必再兴师动众地运回制造厂或大举分解蝶阀,只需调换蝶板密封面即可,这不但大大降低了保养成本,还大大减少了维修工时和检修强度与难度。

从三偏心蝶阀的密封面形状特点出发,密封副固定方式采用了螺栓椭圆形分布固定,不但定位精确,而且还使每个螺栓都均衡受力,杜绝了因应力分布不均而产生的密封副松动,泄漏。

很多蝶阀都声称具有耐火构造,但其中极大部分蝶阀为了减少泄漏量而采用了软硬双重阀座构造,其实这很危险。因为火灾时软密封阀座的不完全燃烧会使金属支持阀座产生应力,从而导致耐火机能失灵。所以,目前欧美正在逐渐排除这类名不副实的耐火阀。Tritrc因为是零泄漏,所以不需要软密封的介助,属名副其实的本质耐火构造,并获有API607,API6FA和 BS6755Part2的耐火检验合格认可证书。这保证了Tritec可以被应用于石油,石化等各种危险区域。

在蝶阀的泄漏问题上,传统上往往都集中于阀座的泄漏,而忽略了填料部的泄漏,即外漏。而实际上,在目前环境问题被日益重视的当代社会,外漏危害性远大于内漏已成为不争的事实。三偏心蝶阀属回转型蝶阀,其阀杆动作仅为90°回转,截止阀等阀杆动作为螺旋多回转往复运动相比,其填料部所受磨损程度很低,相对地使用寿命很长,更由于Tritec在填料密封等防止外部泄漏构造上,采取了最高标准设计,从而可以在按照EPA21规格下进行外部泄漏测试时,标准密封性能保证在100ppm以下。而实际上,在现有的测试成绩中,在劳埃德的监测情况下,外部泄漏值低至7ppm。这些指标都意味着Tritec可以在化工等各种领域中的有毒,有害介质管线中大显身手。

法兰蝶阀引进了自密封设计理念,其中阀瓣与阀轴的连接采用了专利设计退拔销结构。该蝶阀的主要特点是密封可靠,并且连接紧密,使蝶阀使用长久。其特点如下:

通常传统蝶阀,由于其结构上的原因,在反方向(不利于密封方向)工作压力下,不能很好的密封,目前国家相关标准也未有双向密封的强制规定。这是由于:

阀瓣密封圈用橡胶直接以锯齿状嵌入阀瓣,无须使用压圈或螺栓固定,从而避免了采用传统螺栓压板型密封而导致的密封圈受力不均,使螺栓脱落以及密封圈过早损坏的问题。密封圈在反方向工作压力的作用下,产生自密封力,使密封比压增加,密封圈压紧阀座,反方向工作压力愈大,则自密封力也愈大,从而使密封圈与阀座结合紧密,达到双向密封的效果。

,不易变形蝶阀DN300以上的阀瓣为双平板桁架流通式结构,刚性好,在反方向工作压力下,不易产生变形,使密封圈不会随着阀瓣变形而脱离阀座最佳密封点,从而保证了密封圈的密封效果。

由于采用了自密封的设计理念,橡胶圈与不锈钢阀座之间的较小过盈量只是维持初始密封,故密封需要的比压是随着系统压力的增加而增加。

另外,在锯齿状凹槽内留有供橡胶弹性退让的所谓“呼吸”槽,使橡胶在受到压力时有一定的伸缩空间,这样在长期工作中就不致于产生弹性疲乏,故密封圈的寿命较传统型式大大增加。

通常蝶阀在使用过程中,由于采用传统销连接,销从阀轴中心穿过,不仅降低了阀轴的强度,而且在长期使用过程中与阀轴之间产生间隙,从而在开关蝶阀时产生冲击载荷,这种载荷远远大于正常情况下挤压应力和剪切应力所产生的载荷,常常在使用过程中发生销严重变形或断裂的现象,使蝶阀关闭不严或失效,并且大大降低了蝶阀的使用寿命。若新生产的蝶阀采用了美国专利设计退拔销结构取代轴与阀瓣间的销连接结构,退拔销不穿过阀轴的中心,不仅不会削弱轴的强度,而且还与阀轴的贴合面大大增加,通过拧紧退拔销螺母,使退拔销和阀轴结合面间产生预紧力,从而使阀瓣阀轴紧密结合在一起而无间隙,在开启和关闭蝶阀时不会产生冲击载荷,使阀瓣转动平稳,从而实现密封可靠。

独特的底部轴向调整锁紧装置设计在DN300以上规格的蝶阀中,考虑到蝶板自重密封的可靠性,在制造中通过轴向位置的精密调整及固定,使阀瓣在阀座上的位置处于最佳密封状态。对于可能在长期使用过程中引起的阀瓣下垂,也可方便进一步调整锁定,实现长期使用零泄露。

当密封圈需要更换时,无须拆下阀瓣,只需将蝶阀全开,再将操作装置中的键取出,将操作装置调至关闭状态后依然保持和主阀键联接,然后朝开启方向继续转动手轮,直至密封圈位于阀体密封面对侧即可更换密封圈。

要达到上述独特的优越性需要精湛的工艺来保证,需花费较高的成本,但为保证蝶阀品质满足客户要求,提升国内同类蝶阀的技术水平,我们的产品仍应坚持采用先进的技术、精湛的工艺来制造,力争在水道用软密封蝶阀产品上能达到国际先进水平。

橡胶密封蝶阀缺点是作节流使用时,由于使用不当会产生气蚀,从而使橡胶座剥落、损伤等情况发生。为此,现在国际上又开发金属密封蝶阀,在日本近年来还开发耐气蚀、低噪声的梳齿形蝶阀。近几年我国也开发了金属密封蝶阀,弹性金属密封蝶阀是国家级重点新产品。高性能的弹性金属密封蝶阀采用了一个双偏心和一个特殊斜锥椭圆密封结构,解决了传统偏心蝶阀在启闭 0°~10°瞬间密封面仍处于滑动接触摩擦的弊病,实现蝶板在开启瞬间密封面即分离,关闭接触即密封的效果,达到延长使用寿命、密封性能最佳的目的。弹性金属密封蝶阀具有以下结构特点:

偏心密封蝶阀有着不同的种类,应用的领域以及各自的特点自然也不尽相同。但从根本而言,偏心密封蝶阀的基本原理却有着异曲同工之妙。

1、结构特征:阀板的回转中心(即蝶阀轴中心)位于阀体的中心线上,且与阀板密封截面形成一个a尺寸偏置。单偏心蝶阀是阀板的回转中心在阀体的中心线上,阀板相对于密封面偏离一个距离,适宜软密封。

2、蝶阀关闭时,阀座和阀板密封面处在有相对过盈的接触状态,使其达到密封,所以只能单向密封。

3、当蝶阀开启时阀板与阀座的接触到一面脱离阀座,另一面始终是沿半圆周的轴向方向的二点接触,反复启闭密封圈容易磨损,影响密封性能,更不可能实现金属密封。

结构特征:阀板回转中心(即蝶阀轴中心)与阀板密封截面形成一个尺寸a偏置,并与阀体中心形成一个尺寸b偏置。

结构特征:阀板回转中心(即蝶阀轴中心)与阀板密封面形成一个尺寸a偏置,并与阀体中心形成一个b偏置;阀体密封面中心线与阀座中心线(即阀体中心线)形成一个角度为β的角偏置。

蝶阀的蝶板安装于管道的直径方向。在蝶阀阀体圆柱形通道内,圆盘形蝶板绕着轴线旋转,旋转角度为0°~90°之间,旋转到90°时,蝶阀呈全开状态。蝶阀结构简单、重量轻,只由少数几个零件组成。而且只需旋转90°即可快速启闭,同时该蝶阀具有良好的流体控制特性。蝶阀处于完全开启位置时,蝶板厚度是介质流经阀体时唯一的阻力,因此通过该蝶阀所产生的压力降很小,故具有较好的流量控制特性。蝶阀有弹性密封和金属密封两种密封型式。弹性密封蝶阀,密封圈可以镶嵌在阀体上或附在蝶板周边。

采用金属密封的蝶阀一般比弹性密封的蝶阀寿命长,但很难做到完全密封。金属密封能适应较高的工作温度,弹性密封则具有受温度限制的缺陷。如果要求蝶阀作为流量控制使用,主要的是要正确选择蝶阀的尺寸和类型。蝶阀的结构原理尤其适合制作大口径蝶阀。蝶阀不仅在石油、水处理等一般工业上得到广泛应用,而且还应用于热电站的冷却水系统。

常用的蝶阀有对夹式蝶阀和法兰式蝶阀两种。对夹式蝶阀是用双头螺栓将蝶阀连接在两管道法兰之间,法兰式蝶阀是蝶阀上带有法兰,用螺栓将蝶阀上两端法兰连接在管道法兰上。

偏心密封蝶阀及其他蝶阀的优点非常突出,所以被广泛的应用于生活工作的方方面面,满足各种不同的要求。而且随着偏心密封蝶阀技术的不断发展,其被运用的空间也会越来越广泛。

双偏心密封蝶阀采用偏心结构设计,其蝶阀主要结构由阀体、阀杆及传动机构等部件组成,阀座采用可脱卸构造,并可根据不同介质的物理化学介质特性,选用相应的耐高温、耐光、耐老化材质,可广泛应用于给排水、空调、食品、造纸、冶金、能源系统等流体管线上作为调节和截流装置来使用。

三偏心蝶阀作为蝶阀最新科技的结晶,扬各种蝶阀之长,避各种蝶阀之短,必将越来越受到广大用户和设计人员的重视。其最大压力等级可以到达2500磅级,标准口径可以做到48英寸,凸耳,对接焊,各种结构长度等都可以对应,由于材料选择余地很大,高低温及各种酸,碱等腐蚀性介质也都能对应自如。特别是在大口径方面,以其零泄漏的优势,正在不断地取代粗大的闸阀和球阀,以其优异的调控机能,也正在不断地取代笨重的截止阀。到目前为止,三偏心密封蝶阀被使用在包括中国在内的石油天然气开采,石油精练,无机化工,能源发电等各大工业领域的过程控制等各种重要管线上。

重锤式蝶阀由蝶阀本体、液压联动旁通阀、释放装置、齿条传动油缸及电子控制等部分组成。由油泵的压力油输入齿条传动油缸,经活塞上齿条推动蝶板主轴上的齿轮旋转来开启蝶板,并将同轴上的重锤举至高点。重锤上的棘爪通过释放装置上的锁锭轴锁锭;锁锭轴的固定,由电磁铁和支托装置来控制。当事故发生时,由于电子控制部分的动作,锁锭轴失去控制,在重锤的自重作用下脱扣绕轴旋转,使蝶阀自动关闭。

该蝶阀的油压系统,利用二段节流来控制蝶阀的关闭速度,开始时关闭速度较快,以减少飞车时间的持续和速率上升;后阶段关闭缓慢以控制水压上升率。

具有整机装配的手电两用油压系统,使整机结构紧凑,操作方便。在没有外来电源的情况下,能利用重力蓄能自行关机。当机组过速、轴承过热及发电机失磁时均能自动关闭,从而对机组进行了自动保护。该蝶阀采用电磁铁控制的锁锭机构,既安全可靠、操作力又小。

沃托阀门生产的两台D741X-10重锤式蝶阀。电站型式为混合式,有压隧洞1100m,,压力管长50m,,,最高水头47m,,水轮机HLA,发电机SFW6/990(电抗分流励磁),额定电压400V,额定容量630kW,额定转速1000r/min。1991年1月2日并入大电网发电至1993年3月,两台机合计运行7780h。重锤阀运行情况良好,评价如下:设备动作正确,实现了安全生产,两台蝶阀开启203次、关闭203次,动作正确率100%;

电动开启平均时间为55s,甩负荷时快关时间设定为5s,先快利于减少转速上升率,上升率控制在40%之内,慢关时间设定为20s,后慢在于减少水压上升率,上升率控制在21%之内;

在事故停机过程中机组过速,,由测速装置发令,重锤自动脱扣关闭进水阀,避免事故扩大,增加了运行安全感。

根据我国低温装置的不断发展,对低温蝶阀的要求日益增大,为适应市场经济发展的需要,对金属密封蝶阀进行结构上的改进,研制出一种三偏心纯金属高密封性能的蝶阀(现已申报国家专利)无论介质是高温还是低温均能满足其需要。现结合其结构特点,仅对低温性能方面作简单介绍。

蝶阀产生内漏主要原因是密封副在低温状态下产生变形。当介质温度下降到使材料产生相变时造成体积变化,使原本研磨精度很高的密封面产生翘曲变形而造成低温密封不良。我们曾对 DN250蝶阀进行低温试验,介质为液氮蝶板材料为1Cr18Ni9Ti(没经过低温处理),这是造成内漏的主要原因。

新研制的蝶阀由平面密封改为锥面密封。阀座是一个斜圆锥椭圆密封面,与嵌装在蝶板上的正圆形弹性密封环组成密封副。密封环可在蝶板槽内径向浮动。当蝶阀关闭时,弹性密封环首先和椭圆密封面的短轴接触,随着阀杆的转动逐渐将密封环向内推,迫使弹性环再和斜圆锥面的长轴接触,最终导致弹性密封环与椭圆密封面全部接触。它的密封是依靠弹性环产生变形而达到的。因此当阀体或蝶板在低温下产生变形时,都会被弹性密封环吸收补偿,不会产生泄漏和卡死现象。当蝶阀打开时这一弹性变形立即消失,在启闭过程中基本没有相对磨擦,故使用寿命长。

其一是蝶阀与管路采用法兰连接方式时,由于连接垫料、以及连接件在低温下材料之间收缩不同步生松弛而导至泄漏。因此我们把阀体与管路的连接方式由法兰连接改为焊接结构,避免了低温泄漏。其二是阀杆与填料处的泄漏。一般多数蝶阀的填料采用 F4,因为它的自滑性能好、摩擦系数小(对钢的摩擦系数f

),又具有独特的化学稳定性,因此得到广泛应用。但F4也有不足之处,一是冷流倾向大;二是线膨胀系数大,在低温下产生冷缩导致渗漏,造成阀杆处大量结冰,至使蝶阀开启失灵。为此研制的低温蝶阀采用自缩密封结构即利用F4膨胀系数大的特点,通过予留的间隙达到常温、低温都可以密封的目的。

1、低温蝶阀壳体结构形状。材料选择的正确与否对蝶阀能否正常可靠工作有着极其重要的意蝶阀的结构特点与截止阀、闸阀相比,不但避免了因形状不规则,壳体壁厚不均匀,在低温下产生的冷缩,温差应力所引起的变形,而且由于蝶阀体积小,阀体形状左右基本是对称的,因而热容量小;予冷量消耗也小;形状规则又便于对蝶阀的保冷措施。如新研制的 DD363H型蝶阀为保证蝶阀在低温下的可靠使用,完全按照低温阀的特殊性进行设计和制造,如:壳体材料选择了具有立方晶格的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢等。

2、阀杆衬套的选择:根据用户反映,有些低温蝶阀在运行当中,蝶阀的转动部位粘滞,咬合现象时有发生,主要原因是:配对材料选择不合理,予留冷间隙过小,以及加工精度不高等原因所致。在研制低温蝶阀时,采取了一系列措施,防止出现以上现象。例如:我们对阀杆上、下轴衬选用了具有摩擦系数小及自润滑性能的SF-1型复合轴承,这样可以适用于低温蝶阀的一些特殊需要。

金属密封型蝶阀具有的特点是一些普通蝶阀所不具备的。尤其是流阻小、启闭迅速、使用寿命长等。三偏心金属密封蝶阀是靠弹性环的变形而达到密封,因而不需要借助介质作用力,故可做双向密封用。蝶阀的这些特点将会被更多的人所重视。今后也会有更多的蝶阀被应用到低温设备中。

蝶阀的开度与流量之间的关系,基本上呈线性比例变化。如果用于控制流量,其流量特性与配管的流阻也有密切关系,如两条管道安装蝶阀口径、形式等全相同,而管道损失系数不同,蝶阀的流量差别也会很大。如果蝶阀处于节流幅度较大状态,阀板的背面容易发生气蚀,有损坏蝶阀的可能,所以一般均在15°外使用。蝶阀处于中开度时,阀体与蝶板前端形成的开口形状以阀轴为中心,两侧形成完全不同的状态,一侧的蝶板前端顺流水方向而动,另一侧逆流水方向而动,一侧阀体与阀板形成似喷嘴形开口,另一侧类似节流孔形开口,喷嘴侧比节流侧流速快的多,而节流侧蝶阀下面会产生负压,往往会出现橡胶密封件脱落的现象。蝶阀操作力矩,因开度及蝶阀启闭方向不同其值各异,特别是大口径阀,阀轴上、下水头差所产生的力矩也不容忽视。另外,蝶阀进口侧装置弯头时,力矩会有增加。蝶阀处于中间开度时,由于水流动力矩起作用,操作机构需要自锁。

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