密封蝶阀的结构与优缺点

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密封蝶阀的密封副有金属对金属的硬密封,也有金属对橡胶或塑料的软密封。密封圈可以放在蝶板上,也可以放在阀体上。下面是几个典型的密封蝶阀结构。根据蝶板在阀中的放置位置,蝶阀又可做成中心对称的(I型)、偏置(H型)的(单偏心、双偏心和三偏心)或斜置(Z型)的(图1)。

一、中线蝶阀

中线蝶阀(图2)阀杆轴心线与蝶板中心平面在同一个平面内并与阀体管道中心线垂直相交,且蝶板两边面积对于阀杆轴线对称。中线蝶阀一般制成衬胶的形式,由于结构简单,中心对称(I型)双向密封效果一样,并且流阻较小,开关力矩也小,因此在中、小型蝶阀上广泛应用。

1—阀体;2—密封圈;3—上阀杆;4—阀板;5—下阀杆

但轴头由于经常处于摩擦状态,比其他部位磨损快,容易在此处泄漏,因此衬胶蝶阀中有时在轴头衬有四氟薄膜以减少摩擦或增加弹簧以补偿磨损等,见图3。显然,中线型如做成金属对金属,要密封有些困难,斜置板和偏置板蝶阀轴头没有磨擦,但它们的流阻和密封力矩都比中心对称蝶板要大。

1—阀体;2—自润滑轴承;3—密封圈;4,6—垫片; 5—碟簧;7—推力块;8—氟橡胶O形圈(第3级密封); 9—环状层密封(第2级密封);10—弹簧作用的机械密封(初级密封);11—一体式带杆蝶板(外包聚四氟乙烯)

二、单偏心蝶阀

单偏心蝶阀(图4)阀轴偏离了蝶板中心平面产生了一次偏心h,从而蝶板靠阀轴的上下端不再成为回转轴心,消除了上下轴端的摩擦磨损产生泄漏。密封效果更好,不过两个方向密封效果不一致,一般正向(从阀轴流向密封面)易于密封,反向则由于没有密封面的支承作用,易于泄漏。但采用橡胶软密封,利用其弹性,可以很好地实现双向密封。由于其密封接触机理属于“球在圆锥里”(ball in cone),因此蝶板在各开度下总有两点不能脱离接触,当用于调节时,此两点将比其他部位磨损更多一些,对密封将产生不利影响。如果做成金属硬密封,两个正锥配合,在转动蝶板时,密封面将产生干涉,开关有困难。

三、双偏心蝶阀

双偏心蝶阀(图5),为了改善单偏心的情况,将阀轴偏移一个距离e,使轴心与密封点的连线和密封面成钝角(大于90°),这样,密封时便不产生干涉,而且越关越紧,产生更大的密封面压紧力。双偏心的特点是当阀门开启时蝶板密封面能迅速与阀座脱离,接触刮擦作用大幅度降低,同时可以做成金属密封阀。

双偏心蝶阀可以设计成橡胶、聚四氟和金属硬密封的形式。例如C形、O形或U形属密封环等形式。如果要制成锥面对锥面金属硬密封而不至于产生干涉,有时二次偏心要做得很大,造成需要很大的偏心力矩,以致开阀力矩过大,为减少偏心距,又推出三偏心蝶阀。

四、三偏心蝶阀

三偏心蝶阀(图6)是将正锥角旋转一个角度,改为斜锥角,这样偏心e可以减小,开启力矩也随之减小。当然这只是直观地理解,实际轴心应设置在什么地方还是应该采用三维做运动分析,判断密封副是否会产生干涉。值得指出的是三偏心蝶阀的密封圈不但可以设计成多层次式,也可以做成像Neles那样的U形或O形圈,有些时候甚至可以采用橡胶、四氟等非金属材料,但是采用非金属弹性密封材料,是否有必要做成三偏心值得商榷(双偏心即可)。

五、特殊结构的蝶阀

1、蝶板能取出的蝶阀(图7)密封圈分前后两套。当常用的一套损坏时可以在不卸下整个阀门的情况下更换损坏的密封圈。

2、四通蝶阀(图8)有四个通道,可以用来改变介质的流向,常用于电厂凝汽器冷却水的反冲洗中。

3、双阀瓣蝶阀,如图9所示,蝶阀蝶板上有双道密封圈,具有进口和出口密封的良好性能。中腔可通水,以加强密封性,可用于介质为水和气体的场合,特别适用作真空阀。该阀在日本SHOWA公司有制造,应用在上海石洞口电厂。但在系统的设计上,应防止开阀时水倒流到汽轮机中对叶片造成危害。

4、三通金属密封蝶阀(图10):用来改变介质流向。

5、液控蝶阀(液压缓闭止回蝶阀),见图11,用液压系统将阀门开启(同时将装在臂上的重锤升起),有时设有电磁阀将液压油放回油箱,在重锤的作用下,将阀门关闭,由于该阀借助于液压缸或控制阀门的方法,使蝶阀分阶段关闭,从而达到减少水锤的作用。此种阀门根据采用信号来源不同还可以作为防止管道破断的阀门。

图12是普通型液控蝶阀外形图,它由阀体下部(阀体、蝶板、阀杆等)、驱动机构(连杆体、重锤、前后平板、摆动液压缸、高压软管)以及液压油箱等组成。这种蝶阀派生出多种类型。

a.普通型(保位型)。图13为普通型(保位型)典型原理图,电动泵与手动泵出口都有止回阀。当电动泵开启时,液压油直接进入液压缸使阀门开启,到达全开位置时,位置行程开关将泵停止。当接到关阀指令时,电磁阀打开通路,阀门按液压缸预调的程序快关或慢关。这种液压系统比较简单,但要求液压阀及活塞缸必须是零泄漏,否则保位行程开关将离位,油泵开启运转。

b.保压型。图14为保压型原理图,其是在普通型原理上,在电磁(泄压)阀前增加一个小型蓄能器,以迟缓由于泄漏使重锤掉锤现象。

c.锁定型。锁定型(图15)是在普通型的基础上加一个插销。当开启以后,用插销将蝶板锁定在开启位置,在接到开阀指令时,蓄能器将插销拔开,在重锤作用下将阀门关闭。蓄能器(无重锤)全液压型(图16)开关都依靠蓄能器的油压。

d.电动开启、液压阻尼关闭的阀门。它一般是在阀杆的一端安装一个电动装置,而通过电磁离合器带动阀杆、蝶板开启,使另一端的液压阻尼缸的重锤同时开启。当需要关闭时发出信号,电磁离合器断开,在重锤的作用下阀门按液压缸阻尼程序关闭。

6、快关或快开蝶阀,与一般蝶阀没有原则上的区别,主要是要考虑高速的惯性及缓冲。此外,由于快关阀是一个关键阀门,要求可靠性很高,不能由于卡住而关不下来,因此一般要有微小的游动动作。

7、两步动作的蝶阀的基本动作是蝶板先旋转90°然后移动压向密封面。由于动作复杂,应用比较少。美国在20世纪70~80年代,曾经制造过齿轮齿条的两步动作蝶阀(图17),公称尺寸为DN900,应用在美国海军。我国在20世纪60~70年代从英国引进过凸轮式的两步动作蝶阀应用在云南三聚磷酸钠厂。大亚湾核电站DN750安全壳隔离阀也是两步动作的(AMRI)。21世纪初也有单位仿ORBIT球阀的原理制造两步动作的蝶阀。

8、连杆机构蝶阀,可以说是两步动作蝶阀的延伸,密封面为平面,故易于得到较好的密封效果。但在压力较高时,需要开启力矩较大,因此这种蝶阀多用于真空系统和低压气体系统,或作高温阀。在西欧有很多公司提出过多种四连杆机构蝶阀(图18~图20)。

9、高温和低温蝶阀(图21、图22)都有一个保温问题。此外,为使温度不传至填料处,把蝶阀制成长颈结构。在高温蝶阀的长颈部位上可有散热片,而低温蝶阀则设有保冷板,以减少冷损。显然高温和低温阀对材料都有严格要求。

10、核电站用蝶阀,由于结构紧凑、简单、重量轻、开关迅速、流量系数高等特点,在核电站有广泛应用,在工艺系统、循环水系统、通风系统等都应用颇多。

a.在安全壳内的工艺系数多采用衬胶蝶阀:小于或等于DN600,小于或等于PN16,t≤80℃。

b.循环水系统大口径蝶阀:小于或等于DN1200,小于或等于PN10,t≤80℃。

c.海水用蝶阀:一般为防止海水和盐雾腐蚀,要求内部衬胶、涂环氧漆或其他防腐涂料,有的采用双向不锈钢和钛合金。

d.小汽机真空蝶阀:小于或等于DN2400,大亚湾采用的是二连杆蝶阀(DN2000)。

e.安全壳与外界隔离的安全壳隔离阀:大亚湾采用Amri的金属密封蝶阀,DN250、DN750。

f.汽轮机再热器中低压连通管快关调节蝶阀(双阀组),一般为DN1200~1600。

g.在大功率石墨慢化沸水堆系统上,分离汽包内的水位应保持不变,并用循环水泵实现强制循环,在这个条件下,为保证在饱和水温度下工作的循环水泵入口处不出现汽蚀现象,以及为了限制其出力,在该循环泵的出口采用了蝶形调节阀,其公称尺寸为DN800,公称压力为PN100,工作温度tp≤270℃。

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