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(guò)度擠壓。但由于單偏心構(gòu)造在閥門的整個(gè)開關(guān)過(guò)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(guò)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(guò)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(shuō), 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(lái)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(guò)程中, 閥板的外邊緣采用部分外球面結(jié)構(gòu)(見(jiàn)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?jiàn)正是由于三偏心蝶閥創(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(wú)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(guò)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(jiàn)的跳躍現(xiàn)象, 即根除了死區(qū)(不感帶)。這種無(wú)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(lái)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(wèn)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(wú)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(lái)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)中的碳顆粒可能積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(guò)以上蝶閥的演變過(guò)程及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可見(jiàn),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。

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