三偏心蝶閥的發(fā)展_特點及應(yīng)用

蝶閥結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕，僅由少數(shù)幾個部件組成，操作簡單，其結(jié)構(gòu)原理適合制作大口徑閥門，同時具有良好的流量控制特性，因此在石油化工、冶金煉鋼、水處理、電力等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前廣泛使用的三偏心蝶閥，其蝶板的密封斷面不再是圓形，而是橢圓，其密封面形狀不對稱。由于三偏心蝶閥創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)特性，在各種工藝管線上，不論是開關(guān)閥還是調(diào)節(jié)閥，只要選型得當(dāng)，都可以放心地使用，且成本低廉。

1 三偏心蝶閥的發(fā)展

早期的蝶閥因不能耐高溫高壓且泄漏量大，使其應(yīng)用范圍受到很大的限制。為滿足各種工況要求，蝶閥先后經(jīng)歷了從同心向單偏心、雙偏心和三偏心的演變。

同心蝶閥的結(jié)構(gòu)特征為閥桿軸心、蝶板中心、本體中心在同一位置上，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。缺點是蝶板與閥座始終處于擠壓、刮擦狀態(tài)，阻距大，磨損快。為解決同心蝶閥的蝶板與閥座的擠壓問題，由此產(chǎn)生了單偏心蝶閥，其結(jié)構(gòu)特征為閥桿軸心偏離了蝶板中心，從而使蝶板上下端不再成為回轉(zhuǎn)軸心，分散、減輕了蝶板上下端與閥座的過度擠壓。但由于單偏心構(gòu)造在閥門的整個開關(guān)過程中只是一定程度上減輕而并未消除蝶板與閥座的刮擦現(xiàn)象，在應(yīng)用范圍上和同心蝶閥大同小異，因此采用不多。

在單偏心蝶閥的基礎(chǔ)上進一步改良成型的就是目前應(yīng)用比較廣泛的雙偏心蝶閥。其結(jié)構(gòu)特征為閥桿軸心既偏離蝶板中心，也偏離閥門本體中心。

雙偏心的效果使閥門被開啟后蝶板能迅即脫離閥座，大幅度地消除蝶板與閥座的不必要的過度擠壓、刮擦現(xiàn)象，減輕了開啟阻距，降低了磨損，延長了閥座壽命。刮擦的大幅度降低，同時還使得雙偏心蝶閥也可采用金屬閥座，提高了蝶閥在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。但因其密封原理屬位置密封構(gòu)造，即蝶板與閥座的密封面為線接觸，通過蝶板擠壓閥座所造成的彈性變形產(chǎn)生密封效果，故對關(guān)閉位置要求很高（特別是金屬閥座），承壓能力低，這就是為傳統(tǒng)上人們認為蝶閥不耐高壓，泄漏量大的原因。

要耐高溫，必須使用硬密封，但泄漏量大；要零泄漏，必須使用軟密封，卻不耐高溫。為克服雙偏心蝶閥這一矛盾，又對蝶閥進行了第三次偏心。如圖1所示。

圖1 三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)示意

如圖1所示，其結(jié)構(gòu)特征是閥板形狀為橢圓形錐體，在雙偏心的閥桿軸心位置偏心的同時，使蝶板密封面的圓錐型軸線偏斜于本體圓柱軸線。也就是說，三偏心蝶板的密封斷面不再是圓形，而是橢圓，其密封面形狀不對稱，一邊傾斜于本體中心線，另一邊則平行于本體中心線。三偏心的較大特點就是從根本上改變了密封構(gòu)造，不再是位置密封，而是扭力密封，即不是依靠閥座的彈性變形，而是完全依靠閥座的接觸面壓來達到密封效果。如圖2所示。

圖2 三偏心蝶閥密封形狀示意

2 三偏心蝶閥的特點

三偏心蝶閥屬于旋轉(zhuǎn)閥，其三偏心都放在了閥板上。在閥門制作過程中，閥板的外邊緣采用部分外球面結(jié)構(gòu)（見圖2），外偏心球面經(jīng)拋光處理達到粗糙度Ra0.4，球面鍍鉻或堆焊司太萊合金，硬度達HRC45~60。三偏心碟閥耐壓較高達到26MPa，耐溫低至-196℃、高達700℃，密封達到零泄漏?？梢娬怯捎谌牡y創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)特性使其具有了如下主要特點。

（1）集調(diào)節(jié)切斷于一身，操控性強。

新型三偏心蝶閥設(shè)計上采用雙重安全構(gòu)造，為防止因受流體壓力、溫度的影響而引起的蝶板變形、閥桿錯位、密封面咬合，在蝶板上下側(cè)分別裝有兩個各自獨立的止推環(huán)，從而了閥門在任何工況下的正常工作；為防止閥桿破損、飛出而造成突發(fā)事故，在閥門下端內(nèi)外兩處設(shè)計了各自獨立的閥桿飛出防止機構(gòu)。

（2）無死區(qū)設(shè)計，開啟力矩小。

三偏心蝶閥閥板形狀為橢圓形錐體，其表面堆焊硬質(zhì)合金，耐磨性好，浮動式U型不銹鋼閥座具有自動調(diào)整中心的功能。當(dāng)閥門打開時，橢圓形圓錐體密封面閥板先脫離U形彈性閥座，然后再旋轉(zhuǎn)；關(guān)閉時閥板旋轉(zhuǎn)，在偏心軸的作用下閥板向彈性閥座進行自動調(diào)整中心，對閥座施壓使閥座變形直到閥座與閥板橢圓形圓錐密封面緊密吻合。做到了閥門開關(guān)時蝶板不刮擦閥座，閥桿的扭矩通過蝶板直接傳遞至密封面，開啟力矩小，從而杜絕了打開閥門時常見的跳躍現(xiàn)象，即根除了死區(qū)（不感帶）。這種無死區(qū)設(shè)計使三偏心蝶閥幾乎可以從0開度開始即進入可調(diào)控區(qū)域，直至90開度，其調(diào)控比較高可高達100：1以上，為一般蝶閥的2倍。

（3）零泄漏，耐高溫高壓。

三偏心的較大特點就是從根本上改變了密封構(gòu)造，不再是位置密封，而是扭力密封，即不是依靠閥座的彈性變形，而是完全依靠閥座的接觸面壓來達到密封效果。這種密封結(jié)構(gòu)使三偏心蝶閥可以做到硬密封VI級，達到真正的零泄露。同時，由于金屬閥座的選用和面密封的結(jié)構(gòu)特性，耐高溫高壓的問題也迎刃而解。

此外，三偏心蝶閥由于采用了本體閥座構(gòu)造，使閥門結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且減少了閥座直接接觸介質(zhì)的機會，降低了閥座受沖蝕的程度，還可有效地防止介質(zhì)中的微小固形物的影響和熱膨脹所可能引起的密封面咬合，從而延長了閥座的使用壽命。

新型三偏心蝶閥不但本體閥座可以更換，而且蝶板密封面與蝶板是獨立的，蝶板密封面可也可以更換，使維修成本大大降低。

3 三偏心閥在石油化工裝置中的應(yīng)用

在大口徑管線上，使用截止閥的成本非常高且無法實現(xiàn)零泄漏，在需要緊急關(guān)斷的工況中，必須在截止閥的旁側(cè)加裝切斷閥。雖然V型球閥也可以實現(xiàn)切斷（零泄露）和調(diào)節(jié)，但成本也要遠遠高于三偏心蝶閥。目前，一般在DN300mm以上蝶閥已逐漸代替了閘閥。蝶閥與閘閥相比具有開閉時間短、操作力矩小、安裝空間小和質(zhì)量輕的特點。以DN1000mm為例，蝶閥約2t，而閘閥約3.5t，且蝶閥易與各種驅(qū)動裝置組合，有良好的耐久性和性。正因為三偏心蝶閥與截止閥、球閥、閘閥相比具有的優(yōu)點，因此在石油化工行業(yè)的許多場合，三偏心蝶閥都得到了成功的應(yīng)用。

（1）三偏心蝶閥集調(diào)節(jié)與切斷（實現(xiàn)零泄

漏）于一身，在聚乙烯裝置中已有成功的典型應(yīng)用。聚乙烯裝置的反應(yīng)器冷卻水溫度調(diào)節(jié)回路是該裝置重要的組成部分，溫度調(diào)節(jié)回路能平穩(wěn)運行直接決定了整套聚乙烯裝置能否安全平穩(wěn)運行。調(diào)溫水管線為大口徑（DN450mm以上），正常工況條件下，三偏心蝶閥因其很高的調(diào)控比，作為調(diào)節(jié)閥使用，比普通調(diào)節(jié)閥更加穩(wěn)定，當(dāng)聯(lián)鎖發(fā)生時，三偏心蝶閥還可以起到切斷作用，并且完全切斷（零泄漏）。從實際應(yīng)用情況來看，不但節(jié)約了投資成本，而且控制的特別穩(wěn)定。

（2）乙烯裝置裂解爐出口的清焦閥是石油化工行業(yè)中使用條件比較苛刻的一種閥，工藝介質(zhì)中的碳顆?？赡芊e聚在閥門的密封面上引起密封面咬合而使閥門不能正常開關(guān)，甚至縮短閥門的使用壽命。與其它類型的閥門相比，三偏心蝶閥以其獨特的結(jié)構(gòu)特點成為理想的選擇。

（3）各煉油廠催化裂化裝置煙氣輪機的入口管線的切斷和調(diào)節(jié)，由于工藝管線口徑很大，工藝介質(zhì)為高溫?zé)煔猓ǜ哌_750℃），使用閥門主要采用三偏心蝶閥，國內(nèi)裝置的閥門尺寸較大已經(jīng)達到DN1800mm，配備液壓執(zhí)行機構(gòu)關(guān)閉時間小于0.5s；其它如主風(fēng)機入口出口管道和放空閥，氣壓機入口、出口管道，去火炬放空閥，油漿泵出入口，各種高中低壓蒸汽管線的調(diào)節(jié)和切斷等也大量選用三偏心蝶閥。液化石油氣非常容易泄漏，既要滿足大的流通能力又要避免泄漏，在其儲罐進出口主管線上使用三偏心蝶閥更加。此外，在硫磺回收裝置中，需要熔融狀態(tài)輸送的液硫，目前均選用帶蒸汽夾套的三偏心蝶閥。

4 結(jié)束語

通過以上蝶閥的演變過程及結(jié)構(gòu)特點可見，三偏心蝶閥作為閥門新科技的結(jié)晶，揚各種閥門之長、避各種閥門之短，已受到廣大用戶和設(shè)計人員的重視并得到廣泛的應(yīng)用。