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2017/10/18
调节蝶阀设计时要考虑的因素

调节蝶阀的分类 
调节蝶阀按结构形式主要分为:中线蝶阀、单偏心蝶阀、双偏心蝶阀和三偏心蝶阀。 
中线蝶阀的结构特征为阀杆轴心线与调节阀密封副接触面在同一平面上,并与阀体通道对称中心线垂直相交。其结构简单,制造方便,常见的衬胶对夹式蝶阀即属于此类。缺点是由于蝶板与阀座始终处于挤压状态,阻力大,磨损快。为保证在挤压、刮擦后仍保证密封性能,阀座基本上采用橡胶或聚四氟乙烯等弹性材料,因此在使用上受到温度的限制。 
单偏心蝶阀的结构特征为阀杆轴心线平行偏离了阀门密封副接触面,并与阀体通道对称中心线垂直相交,从而在阀门启闭过程中蝶板上下端不再与阀座接触而产生过度挤压。但由于单偏心构造在阀门的整个开关过程中蝶板密封面与阀座密封面仍有挤压、刮擦现象,在应用范围上和中线蝶阀大同小异,故采用不多。 
双偏心蝶阀的结构特征为阀杆轴心线既平行偏离了阀门密封副接触面,又平行偏离了阀体通道对称中心线。双偏心的效果是使阀门在开启时蝶板密封面能瞬间脱离阀座密封面,消除了蝶板与阀座的不必要的过度挤压、刮擦现象,减小了密封副间的磨损,减轻了启闭力矩。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。 
三偏心蝶阀的结构特征为阀杆轴心线既平行偏离了阀门密封副接触面,又平行偏离了阀体通道对称中心线,且阀门密封副接触面的旋转体中心线与阀体通道对称中心线倾斜一角度。三偏心的效果是密封副的接触断面由真圆变为椭圆,从根本上改变了密封副的密封原理,使金属硬密封蝶阀实现零泄漏成为了可能。 

蝶阀设计时要考虑的因素 
蝶阀功能 

设计时要明确蝶阀是用作接通或截断管路中的介质,还是调节、控制管路中介质的流量和压力。不同功能的阀门其密封副设计时考虑的因素有所不同,若阀门是用作接通或截断管路中的介质,则着重考虑阀门的截断能力,即阀门的密封性能,在确保所选材料必须耐腐蚀的前提下,低、中压及常温阀门常采用软密封的结构形式,中、高温及高压阀门则选用硬密封的结构形式;若阀门是用作调节、控制管路中介质的流量和压力时,则着重考虑阀门的固有调节特性及调节比。 
工艺条件 

设计前首先要充分了解阀门所在工艺系统的工艺条件,包括:介质类型(气、液、固相及双相或多相混合等)、介质温度、介质压力、介质流速(或流量)、动力源及其参数等。 
(1)介质类型 
蝶阀结构形式通常是根据一种主要的介质进行设计,但也必须考虑到次要的介质,例如用来清洗、试验和吹扫等介质,介质的黏附及沉积等均对阀门结构设计有影响;同时更要关注介质的腐蚀性对结构及材料的影响。 
(2)介质温度 
可能引起的问题有:①不同的热膨胀:温度梯度或膨胀系数不同会引起阀门密封副的膨胀不均匀,从而导致阀门启闭时的卡死或泄漏。②材料性能的变化:设计时要考虑材料在高温下许用应力的降低,另外由于在很高温度下膨胀的零件可能产生局部屈服,所以热循环有时也会引起尺寸的变化。③热应力和热冲击。 
(3)介质压力 
主要影响蝶阀承压件的强度和刚度设计,及密封副的必需比压和许用比压的设计。 
(4)介质流速 
主要影响蝶阀通道及密封副表面的耐冲蚀性能,特别是气固、液固两相流的介质,更要谨慎考虑。 
(5)动力源 
其参数直接影响蝶阀的连接接口设计及启闭时间和驱动灵敏性、可靠性。电源的电压和电流强度的变化对阀门的影响不很大,主要是气源和液压源的压力和流量将直接影响到蝶阀的功能的实现。 
强度与刚度的考虑 

蝶阀在设计时除按《阀门设计手册》提供的静态设计计算外,还要考虑因介质压力、流速等产生的动态载荷,特别是中高压管系中蝶阀关闭时产生的水锤能量,还要考虑环境影响的附加载荷以及管道、支座等引起的附加载荷。 
压力损失和流通能力 

压力损失和流通能力本质上是同一参数,压力损失是流体阻力的量度,是阀门进口压力与出口压力之差值,在给定流量下,其大小主要取决于蝶阀的结构形式、内件的造形及表面粗糙度设计,通常用流阻系数来表示。流通能力与阀门在给定压力差时流过的最大流量有关,通常用流量系数来表示。流阻系数与流量系数的关系式为: 
式中 
C——流量系数; 
A——阀门流道的截面积,单位为m2; 
K——流阻系数。 
通常在设计时要考虑尽量使阀门的压力损失最小和流通能力最大,一般采取的措施有:①阀体通道不缩径,通道中应无任何凸出部分,蝶板造形圆滑过渡。②尽可能减小介质过流部位的表面粗糙度值。③整个通道横截面尽量保持不变或采取平缓过渡结构。 
驱动力矩 

蝶阀的驱动方式根据用户需要可以是电动、气动、液动、电液动以及气液动等,驱动装置的输出转矩取决于蝶阀所需的输入转矩,蝶阀的输入转矩又受结构形式、密封程度、介质种类(水、油、气和粉体)、介质压力、工作频度(低频度、高频度)以及控制方式(纯开闭型、调节型)等因素的影响。蝶阀的结构形式、密封程度不同,其输入转矩的计算公式也不同(详见《阀门设计手册》);使用条件的不同,所选择驱动装置输出转矩的安全系数不同,详见表1。 
表1控制方式选用的安全系数 
介质敏感性 

蝶阀适用于输送水、油、气体、水固两相以及气固两相流等多种介质的管路系统作开关或调节装置用,因而蝶阀密封副对介质的敏感性也是设计时需考虑的重要因素之一,设计时主要从材料选择和结构形式上来考虑。例如对介质中含尘量较高的切断蝶阀,则要选用弹性好的橡胶材料作密封圈,或采用具有自清理结构的多层次金属硬密封圈,在密封副相对运动的同时靠密封副本身能清除微粒等污物,或采用吹扫、清洗功能来减轻粉尘对密封副的污染。 
寿命 

蝶阀正常的失效形式是泄漏,泄漏又包括外泄漏和内泄漏,外漏主要是冲蚀或腐蚀而导致,内漏主要是密封副破损而导致。通常所说的寿命是指密封副的使用时间或动作次数,其主要取决于介质种类、介质温度、介质压力、启闭频率和启闭速度等,从而选择满足工况条件的材料并进行必要的热处理,例如:材料的抗擦伤性能、抗电化学腐蚀性能和疲劳强度等。另外密封副的寿命与结构设计的合理性、制造精度等密切相关。 
主要件材料选用 

蝶阀的主要件包括阀体、蝶板、阀杆、阀座和密封圈,材料选用的主要依据是工况条件,特别关注材料的耐蚀性及适用温度,一般常用材料的适用温度及适用介质见表2。 
表2常用材料的适用温度及适用介质 

结束语 
随着全球性的节能、环保意识的提高,大型项目工艺系统正在不断向高参数化发展,从而对阀门的工艺参数也提出了更高、更苛刻的要求,为了适应高压、高温、低温和多相流等工况下的功能要求,蝶阀的结构也在不断更新换代,高性能的特种蝶阀层出不穷,但万变不离其中,只有明确工艺系统对阀门的功能要求,明确工况的各项参数,就能设计出满足功能要求,性能可靠的调节蝶阀产品。提高生产率。
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