1 概述
雙偏心金屬密封蝶閥的兩個偏心是指蝶板的旋轉(zhuǎn)中心線與密封線的偏心和蝶板的旋轉(zhuǎn)中心線與通道中心線的偏心。閥門開啟過程中蝶板能夠瞬間與閥座脫離，消除了蝶板與閥座由于擠壓造成的刮擦現(xiàn)象，同時減小了啟閉扭矩，提高了密封性能。蝶閥密封副為線接觸密封，通過蝶板擠壓金屬閥座密封圈所造成的彈性變形產(chǎn)生密封效果。介質(zhì)壓力作用時，如果閥座密封圈變形量不均勻或較小，則可能產(chǎn)生蝶板與閥座脫離或蝶板與閥座密封圈之間的密封比壓不足，導(dǎo)致密封失效，故對閥門關(guān)閉時閥座密封圈的變形控制要求很高。針對密封圈變形導(dǎo)致的蝶閥無法實現(xiàn)雙向密封的問題，對閥座密封圈結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。
2 分析
雙偏心蝶閥的密封原理是當?shù)迮c閥座之間產(chǎn)生的實際密封比壓大于其必須密封比壓時，蝶閥即可實現(xiàn)密封。而密封比壓大小是由閥座產(chǎn)生的彈性變形量決定的。蝶閥的金屬密封閥座與蝶板密封處截面形狀為圓弧形（圖1）。因為介質(zhì)作用在閥座上的區(qū)域僅為閥座的圓弧段，其力臂較短，彈性變形量較小，閥座與蝶板僅能在介質(zhì)壓差較低時形成可靠密封。如DN250的蝶閥進行壓力試驗時，當介質(zhì)流向為正向，介質(zhì)壓差大于0.3MPa時，閥門即產(chǎn)生明顯的可見泄漏。當介質(zhì)流向為反向，介質(zhì)壓差大于0.8MPa時，蝶閥經(jīng)過一次開關(guān)后即無法再次實現(xiàn)密封，閥座已產(chǎn)生塑性變形。
圖1 雙偏心蝶閥密封結(jié)構(gòu)
對蝶閥高壓差下出現(xiàn)密封泄漏的問題進行分析。由于蝶板安裝在閥桿上（此時閥桿相當于簡支梁），當介質(zhì)壓力正向作用在蝶板上時，蝶板所受到的力會傳遞到閥桿上，此時閥桿會產(chǎn)生彈性變形。同時蝶板由于介質(zhì)壓力的作用也產(chǎn)生彈性變形，而閥座產(chǎn)生的彈性變形量比蝶板和閥桿共同產(chǎn)生的彈性變形量小，導(dǎo)致蝶板與閥座之間形成的密封比壓減小。當實際密封比壓小于必須密封比壓時，蝶閥無法實現(xiàn)密封。當介質(zhì)壓力反向作用在蝶板上時，蝶板和閥桿共同產(chǎn)生的彈性變形量大于閥座的彈性變形量極限。此時實際密封比壓大于許用密封比壓，導(dǎo)致閥座產(chǎn)生了塑性變形。
3 改進
針對蝶閥無法用于介質(zhì)壓差為中等壓力的情況，將閥座設(shè)計成具有高回彈性的結(jié)構(gòu)（圖2），提高了蝶板與閥座的密封性能，即使流動介質(zhì)壓力增大，也可以取得很好的密封效果。相對三偏心蝶閥該閥制作加工成本較低，經(jīng)濟效益良好，具有雙向密封功能。當介質(zhì)正向流動時，在介質(zhì)的壓力作用下，閥座長圓弧段產(chǎn)生一個繞閥座根部的旋轉(zhuǎn)力矩，由于新型閥座的力臂較長，可產(chǎn)生較大的彈性變形，加大了與蝶板之間的貼合面積與貼合力，提高了閥座與蝶板之間的密封性能。介質(zhì)壓力越大，閥座與蝶板之間產(chǎn)生的密封比壓越大，密封性能越好。當介質(zhì)反向流動時，介質(zhì)使蝶板產(chǎn)生彈性變形，此時蝶板壓緊閥座長圓弧段，閥座長圓弧段在蝶板和介質(zhì)的壓力作用下，會繞閥座根部向前旋轉(zhuǎn)移動，閥座長圓弧段的前端會頂住端蓋溝槽，同時會產(chǎn)生一定的彈性變形，增大了閥座的彈性變形范圍，提高了閥座與蝶板之間的密封性能。
閥座采用可更換設(shè)計，即閥體與蝶板不變，通過更換閥座與端蓋，即可實現(xiàn)軟密封、金屬密封與防火結(jié)構(gòu)蝶閥轉(zhuǎn)換。解決了軟密封、金屬密封、防火結(jié)構(gòu)蝶閥的閥體等部件不通用的問題，降低了產(chǎn)品的制作成本。
4 試驗
按照GB/T4213－2008的泄漏量試驗標準要求，對試制的PN40－DN250蝶閥進行了泄漏量檢測（表1）。測試結(jié)果顯示，密封結(jié)構(gòu)改進后的蝶閥能夠承受閥門的多種壓差而不產(chǎn)生可見泄漏，達到了設(shè)計要求。蝶閥進行了5萬次開關(guān)疲勞測試，測試后對蝶閥進行泄漏量試驗，未出現(xiàn)可見泄漏。蝶閥性能可靠，能夠達到工況要求。
1.閥體2.閥座3.端蓋4.蝶板
圖2 改進的蝶閥密封結(jié)構(gòu)
表1 測試結(jié)果
5 結(jié)語
密封結(jié)構(gòu)改進的蝶閥結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，適用性廣，經(jīng)用戶使用，密封性能良好，滿足了實際生產(chǎn)的需要。
