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(jiǎn)單,制造方便。缺點(diǎn)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?jiǎn)栴},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(gè)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(jìn)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(zhǎng)了閥座壽命。刮擦的大幅度降低, 同時(shí)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(duì)關(guān)閉位置要求很高(特別是金屬閥座) , 承壓能力低, 這就是為什么傳統(tǒng)上人們認(rèn)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(duì)蝶閥進(jìn)行了第三次偏心。

    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(shí), 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(duì)稱, 一邊傾斜于本體中心線, 另一邊則平行于本體中心線。三偏心的最大特點(diǎn)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(dá)到密封效果。

    如圖2所示

    偏心蝶閥的特點(diǎn)

   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(dá)到粗糙度R a 04, 球面鍍鉻或堆焊司太萊合金, 硬度達(dá)HRC 45~ 60。三偏心碟閥耐壓最高達(dá)到26MPa, 耐溫低至- 196 ℃ 、高達(dá)700 ℃ , 密封達(dá)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(diǎn)。

    1.集調(diào)節(jié)切斷于一身, 操控性強(qiáng)。

    新型三偏心蝶閥設(shè)計(jì)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(cuò)位、密封面咬合, 在蝶板上下側(cè)分別裝有兩個(gè)各自獨(dú)立的止推環(huán), 從而保證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(jì)了各自獨(dú)立的閥桿飛出防止機(jī)構(gòu)。

    2.無死區(qū)設(shè)計(jì)，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, 耐磨性極好, 浮動(dòng)式U 型不銹鋼閥座具有自動(dòng)調(diào)整中心的功能。當(dāng)閥門打開時(shí),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(shí)閥板旋轉(zhuǎn), 在偏心軸的作用下閥板向彈性閥座進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整中心, 對(duì)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(shí)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(shí)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(jì)使三偏心蝶閥幾乎可以從0 開度開始即進(jìn)入可調(diào)控區(qū)域,直至90開度, 其調(diào)控比最高可高達(dá)1001 以上,為一般蝶閥的2倍。

    3.零泄露、耐高溫高壓。

    三偏心的最大特點(diǎn)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(dá)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V I級(jí), 達(dá)到真正的零泄露。同時(shí), 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(jī)會(huì), 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(zhǎng)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(dú)立的, 蝶板密封面可也可以更換, 使維修成本大大降低。

    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(shí)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(shí)現(xiàn)切斷(零泄露)和調(diào)節(jié), 但成本也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于三偏心蝶閥。目前, 一般在DN300 mm 以上蝶閥已逐漸代替了閘閥。蝶閥與閘閥相比具有開閉時(shí)間短、操作力矩小、安裝空間小和質(zhì)量輕的特點(diǎn)。以DN1 000mm為例, 蝶閥約2t 而閘閥約35t 且蝶閥易與各種驅(qū)動(dòng)裝置組合, 有良好的耐久性和可靠性。正因?yàn)槿牡y與截止閥、球閥、閘閥相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn), 因此在石油化工行業(yè)的許多場(chǎng)合, 三偏心蝶閥都得到了成功的應(yīng)用。

    1.偏心蝶閥集調(diào)節(jié)與切斷( 實(shí)現(xiàn)零泄漏)于一身, 在聚乙烯裝置中有成功的典型應(yīng)用。聚乙烯裝置的反應(yīng)器冷卻水溫度調(diào)節(jié)回路是該裝置最重要的組成部分, 溫度調(diào)節(jié)回路是否能平穩(wěn)運(yùn)行直接決定了整套聚乙烯裝置能否安全平穩(wěn)運(yùn)行。調(diào)溫水管線為大口徑( DN450 mm 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)定可靠, 當(dāng)聯(lián)鎖發(fā)生時(shí), 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(shí)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(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)成為最理想的選擇。

    3.各煉油廠催化裂化裝置煙氣輪機(jī)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?高達(dá)750℃ ), 使用閥門主要采用三偏心蝶閥, 國(guó)內(nèi)裝置的閥門尺寸最大已經(jīng)達(dá)到DN1 800mm, 配備液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉時(shí)間小于05 s; 其它如主風(fēng)機(jī)入口出口管道和放空閥, 氣壓機(jī)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(chǔ)罐進(jìn)出口主管線上使用三偏心蝶閥更加可靠。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。

    總結(jié)

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