竇向貞

摘 要：蝶閥的名稱來(lái)源于翼狀結(jié)構(gòu)的蝶板，在閥體的圓柱形通道內(nèi)，蝶板繞著其自身軸線旋轉(zhuǎn)，即可啟、閉閥門。蝶閥在管道內(nèi)主要作切斷或調(diào)節(jié)用。長(zhǎng)期以來(lái)，在蝶閥設(shè)計(jì)中一般采用查設(shè)計(jì)手冊(cè)或經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)工作在精度、可靠性等方面有一定的局限性。

關(guān)鍵詞：蝶閥;設(shè)計(jì);因素

隨著全球性的節(jié)能、環(huán)保意識(shí)的提高，大型項(xiàng)目工藝系統(tǒng)正在不斷向高參數(shù)化發(fā)展，從而對(duì)閥門的工藝參數(shù)也提出了更高、更苛刻的要求，為了適應(yīng)高壓、高溫、低溫和多相流等工況下的功能要求，蝶閥的結(jié)構(gòu)也在不斷更新?lián)Q代，高性能的特種蝶閥層出不窮，但萬(wàn)變不離其中，只有明確工藝系統(tǒng)對(duì)閥門的功能要求，明確工況的各項(xiàng)參數(shù)，就能設(shè)計(jì)出滿足功能要求，性能可靠的蝶閥產(chǎn)品。

一、蝶閥的地位和作用

蝶閥作為流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，具有導(dǎo)流、截流、調(diào)節(jié)、節(jié)流、防止倒流、分流或溢流泄壓等功能，在以下行業(yè)和領(lǐng)域有大量的需求如在石油、天然氣、煤炭、冶金、和礦石的開采、提煉加工和管道輸送系統(tǒng)中在水電、火電和核電的電力生產(chǎn)系統(tǒng)中在城建的給排水、供熱和供氣系統(tǒng)中在冶金生產(chǎn)系統(tǒng)中在船舶、車輛、航天以及各種運(yùn)動(dòng)機(jī)械的使用流體系統(tǒng)中在國(guó)防生產(chǎn)以及新技術(shù)領(lǐng)域里在農(nóng)業(yè)排灌系統(tǒng)中都有大量的需求。蝶閥行業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，作為裝備制造業(yè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，起到非常重要的作用。蝶閥在機(jī)械產(chǎn)品中占有相當(dāng)大的比重，據(jù)國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，蝶閥的產(chǎn)值是壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和泵三者的總和，約占整個(gè)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值的。同時(shí)，作為重大技術(shù)裝備的重要組成部分，尤其是在電力、石化、冶金、城市供排水系統(tǒng)中，蝶閥更是起著關(guān)鍵作用，而且用量非常大。因此，蝶閥行業(yè)對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于國(guó)家工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步具有非常重要的意義。

二、蝶閥設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的因素

1、蝶閥功能。設(shè)計(jì)時(shí)要明確蝶閥是用作接通或截?cái)喙苈分械慕橘|(zhì)，還是調(diào)節(jié)、控制管路中介質(zhì)的流量和壓力。不同功能的閥門其密封副設(shè)計(jì)時(shí)考慮的因素有所不同，若閥門是用作接通或截?cái)喙苈分械慕橘|(zhì)，則著重考慮閥門的截?cái)嗄芰?，即閥門的密封性能，在確保所選材料必須耐腐蝕的前提下，低、中壓及常溫閥門常采用軟密封的結(jié)構(gòu)形式，中、高溫及高壓閥門則選用硬密封的結(jié)構(gòu)形式;若閥門是用作調(diào)節(jié)、控制管路中介質(zhì)的流量和壓力時(shí)，則著重考慮閥門的固有調(diào)節(jié)特性及調(diào)節(jié)比。

2、工藝條件。設(shè)計(jì)前首先要充分了解閥門所在工藝系統(tǒng)的工藝條件，包括：介質(zhì)類型（氣、液、固相及雙相或多相混合等）、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力、介質(zhì)流速（或流量）、動(dòng)力源及其參數(shù)等。

（1）介質(zhì)類型 蝶閥結(jié)構(gòu)形式通常是根據(jù)一種主要的介質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但也必須考慮到次要的介質(zhì)，例如用來(lái)清洗、試驗(yàn)和吹掃等介質(zhì)，介質(zhì)的黏附及沉積等均對(duì)閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有影響;同時(shí)更要關(guān)注介質(zhì)的腐蝕性對(duì)結(jié)構(gòu)及材料的影響。

（2）介質(zhì)溫度 可能引起的問題有：①不同的熱膨脹：溫度梯度或膨脹系數(shù)不同會(huì)引起閥門密封副的膨脹不均勻，從而導(dǎo)致閥門啟閉時(shí)的卡死或泄漏。②材料性能的變化：設(shè)計(jì)時(shí)要考慮材料在高溫下許用應(yīng)力的降低，另外由于在很高溫度下膨脹的零件可能產(chǎn)生局部屈服，所以熱循環(huán)有時(shí)也會(huì)引起尺寸的變化。③熱應(yīng)力和熱沖擊。

（3）介質(zhì)壓力 主要影響蝶閥承壓件的強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)，及密封副的必需比壓和許用比壓的設(shè)計(jì)。

（4）介質(zhì)流速 主要影響蝶閥通道及密封副表面的耐沖蝕性能，特別是氣固、液固兩相流的介質(zhì)，更要謹(jǐn)慎考慮。

（5）動(dòng)力源 其參數(shù)直接影響蝶閥的連接接口設(shè)計(jì)及啟閉時(shí)間和驅(qū)動(dòng)靈敏性、可靠性。電源的電壓和電流強(qiáng)度的變化對(duì)閥門的影響不很大，主要是氣源和液壓源的壓力和流量將直接影響到蝶閥的功能的實(shí)現(xiàn)。

3.強(qiáng)度與剛度的考慮。蝶閥在設(shè)計(jì)時(shí)除按《閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》提供的靜態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算外，還要考慮因介質(zhì)壓力、流速等產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷，特別是中高壓管系中蝶閥關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的水錘能量，還要考慮環(huán)境影響的附加載荷以及管道、支座等引起的附加載荷。

4.壓力損失和流通能力。壓力損失和流通能力本質(zhì)上是同一參數(shù)，壓力損失是流體阻力的量度，是閥門進(jìn)口壓力與出口壓力之差值，在給定流量下，其大小主要取決于蝶閥的結(jié)構(gòu)形式、內(nèi)件的造形及表面粗糙度設(shè)計(jì)，通常用流阻系數(shù)來(lái)表示。流通能力與閥門在給定壓力差時(shí)流過的最大流量有關(guān)，通常用流量系數(shù)來(lái)表示。流阻系數(shù)與流量系數(shù)的關(guān)系式為：

通常在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮盡量使閥門的壓力損失最小和流通能力最大，一般采取的措施有：①閥體通道不縮徑，通道中應(yīng)無(wú)任何凸出部分，蝶板造形圓滑過渡。②盡可能減小介質(zhì)過流部位的表面粗糙度值。③整個(gè)通道橫截面盡量保持不變或采取平緩過渡結(jié)構(gòu)。

5、驅(qū)動(dòng)力矩。蝶閥的驅(qū)動(dòng)方式根據(jù)用戶需要可以是電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)、電液動(dòng)以及氣液動(dòng)等，驅(qū)動(dòng)裝置的輸出轉(zhuǎn)矩取決于蝶閥所需的輸入轉(zhuǎn)矩，蝶閥的輸入轉(zhuǎn)矩又受結(jié)構(gòu)形式、密封程度、介質(zhì)種類（水、油、氣和粉體）、介質(zhì)壓力、工作頻度（低頻度、高頻度）以及控制方式（純開閉型、調(diào)節(jié)型）等因素的影響。蝶閥的結(jié)構(gòu)形式、密封程度不同，其輸入轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式也不同（詳見《閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》）;使用條件的不同，所選擇驅(qū)動(dòng)裝置輸出轉(zhuǎn)矩的安全系數(shù)就不同。

6、介質(zhì)敏感性。蝶閥適用于輸送水、油、氣體、水固兩相以及氣固兩相流等多種介質(zhì)的管路系統(tǒng)作開關(guān)或調(diào)節(jié)裝置用，因而蝶閥密封副對(duì)介質(zhì)的敏感性也是設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的重要因素之一，設(shè)計(jì)時(shí)主要從材料選擇和結(jié)構(gòu)形式上來(lái)考慮。例如對(duì)介質(zhì)中含塵量較高的切斷蝶閥，則要選用彈性好的橡膠材料作密封圈，或采用具有自清理結(jié)構(gòu)的多層次金屬硬密封圈，在密封副相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)靠密封副本身能清除微粒等污物，或采用吹掃、清洗功能來(lái)減輕粉塵對(duì)密封副的污染。

蝶閥作為廣泛使用的管道控制設(shè)備，它的可靠性、節(jié)能性、制造和運(yùn)行成本對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有重要的意義。在蝶閥設(shè)計(jì)中，關(guān)于如何降低蝶閥的流阻、蝶閥流阻的測(cè)算、蝶閥水力矩的計(jì)算、蝶閥各個(gè)開度的非均布載荷情況和強(qiáng)度分析、密封副的分析和計(jì)算等一直是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般采用試驗(yàn)分析和查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)的方法，這不僅耗時(shí)較長(zhǎng)，而且加大了設(shè)計(jì)制造成本。

參考文獻(xiàn)

[1]項(xiàng)美根，項(xiàng)曉明，戴學(xué)祥.現(xiàn)場(chǎng)總線與天線控制的閥門電動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)[J].流體機(jī)械，2016，41（1）.

[2]王建，黃明亞，黃健.閥門壽命試驗(yàn)臺(tái)研制[J].流體機(jī)械，2017，40（4）：45-48.

[3]馬最良，姚楊.民用建筑空調(diào)蝶閥設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.