三偏心蝶阀密封结构与安装方向探讨.pdf

第4 2 卷第6 期 化工机械 8 4 5 三偏心蝶阀密封结构与安装方向探讨 吴军引蔡晓峰1张玉玲2 ( 1 中国五环工程有限公司；2 辉瑞( 武汉) 研究开发有限中心) 摘要 对比了中线密封、单偏心、双偏心和三偏心蝶阀的密封原理和综合性能。并以三偏心堞阀为 例，在分析其结构的基础上，给出其安装方向及其原因，以避免因错误安装而造成经济损失。 关键词偏心蝶阀密封结构安装方向 中图分类号 T Q 0 5 5 8 + 1 文献标识码 B 文章编号0 2 5 4 - 6 0 9 4 ( 2 0 1 5 ) 0 6 一0 8 4 5 _ 0 4 蝶阀是近年来发展最为迅速的阀门种类之 一，随着工业技术的发展，蝶阀的适用范围愈加广 泛，种类和数量不断扩大，并向着耐高温高压、高 密封性、大口径、寿命长、调节特性优良和多功能 的方向发展。蝶阀的分类方式有很多，一般按阀 门构造可分为中线密封蝶阀、单偏心蝶阀、双偏心 蝶阀和三偏心蝶阀；按密封结构可分为金属密封 和衬橡胶或衬氟塑料的软密封，其中，金属密封可 采用多层密封结构或弹性密封结构。 为满足多种不同的工况，蝶阀历经了同心、单 偏心到双偏心的转变。一般，耐高温双偏心蝶阀 必需选用硬密封，但会有泄漏量大的缺点；零泄漏 双偏心蝶阀必需使用软密封，但会有不耐高温的 缺点。为克服这一矛盾，又对蝶阀进行了第三次 偏心，高性能三偏心蝶阀具有三重偏置，可提 高其作用效率，且具有防漏功能旧- 。 在此，笔者在对几种蝶阀的密封结构及其性 能对比分析的基础上，以三偏心蝶阀为例，详细分 析其密封结构与安装方向。 1 几种蝶阀的比较 按阀蝶与中心线的相对位置，可将其分为两 种：低压或中心对称蝶阀，其阀蝶与轴线是同心 的，在开启位置，阀蝶将流体等分，阀蝶在中间且 与流动方向平行；高性能或偏置蝶阀，其阀蝶与阀 门中心存在一个偏置，这种偏置使得阀蝶总是偏 心的远离或朝向阀座。 几种蝶阀的密封原理如下“ 1 。 中线密封蝶阀( 图1 ) 。阀板在加工时需要确 保它的密封面具备一定的表面粗糙度，合成橡胶 阀座压模成形构成的密封面也需要具备一定的表 面粗糙度。阀门封闭时，阀板转动，阀板的外圆密 封面通过压挤合成橡胶阀座，使合成橡胶阀座发 生弹性力并作为密封比压确保阀门的密封。 体 板 】轴 体中心线 封截面 座 图1典型的中线密封蝶阀密封构造 单偏心蝶阀( 图2 ) 。当单偏心蝶阀处于打开 的状态时，其阀板密封面会离开阀座密封面，尤其 当阀板从0 。转动到2 0 2 5o 之间时，阀座密封面 与阀板密封面将彻底分离。当单偏心蝶阀关闭 时，阀板在转动的过程中，其外圆密封面逐步靠近 并挤压聚四氟乙烯阀座，使阀座发生弹性形变，产 生的弹性力作为密封比压确保蝶阀的密封。如 此，单偏心蝶阀的开闭不但使阀座与阀板两密封 吴军，男，1 9 8 5 年1 2 月生，工程师。湖北省武汉市，4 3 0 2 2 3 。 万方数据 8 4 6化工机械 2 0 1 5 年 面之间的机械磨损和压挤大幅下降，而且使蝶阀 的密封性得以提高。 轴 l | l 心线 截面 图2典型的单偏心蝶阀密封构造 双偏心蝶阀( 图3 ) 。当阀板打开9 0 0 时，由于 存在尺寸偏差6 ，使得阀板的转动半径分成短半 径和长半径。长半径转动轨道的切线与阀座密封 面形成一个p 角，使阀座与阀板之间存在一个渐 出离开和渐入压挤的作用，因而降低了阀板开闭 时双偏心蝶阀密封副两密封面之间的机械磨损和 擦伤。该类型蝶阀的阀板密封面和阀座密封面的 间隙比单偏心蝶阀的大，比中线蝶阀能够更快离 开阀座密封面。 Q j 板 轴 体l f l 心线 封截面 鹏 图3典型的双偏心蝶阀密封构造 三偏心蝶阀( 图4 ) 。当三偏心蝶阀处于彻底 打开状态时，其阀板密封面与阀座密封面彻底分 离，并且在阀体与阀板两个密封面之间形成一个 和双偏心蝶阀类似的间隙。由图4 可知，由于产 生了口偏置角，在长半径与短半径转动的阀板大、 小半圆上，阀板密封面转动轨迹的切线与阀座密 封面构成了9 、吼角，从而使阀板开闭时密封面 相对于阀座密封面渐出离开和渐入压紧，完全消 除了阀板开闭时密封副两密封面之间的机械磨损 与擦伤。该类蝶阀在逐渐打开时，其阀板的密封 面会在开启的一瞬间马上离开阀座密封面；当逐 渐关闭时，只有闭合瞬间，阀板密封面才会触碰并 紧压阀座密封面。 体中心线 封截而 庳 图4典型的三偏心蝶阀密封构造 笔者根据各类型蝶阀的文献资料并结合现场 实际经验，将蝶阀的密封型式、密封性能、机械磨 损、泄漏情况及制造成本等性能进行定性的对比 分析( 表1 ) ，方便工程设计人员能更准确地选用 蝶阀和判断蝶阀方向。需要注意的是，蝶阀的方 向性与蝶阀型式和密封型式有着密切的联系。 表l几种蝶阀性能的对比结果 注：根据阀座结构型式的不同，有单向密封和双向密封，即使是双向密封，两个方向的密封能力也不是完全相同的，通常轴侧高压的 密封效果好于板侧高压，所以表中单向指的是严格意义上的理论方向。 万方数据 第4 2 卷第6 期 化工机械 8 4 7 一一 2 三偏心蝶阀的结构与安装 2 1 三偏心蝶阀的结构 普通蝶阀具有一个偏心，即阀轴中心线与阀 板中心线( 密封面中心线) 偏移；高性能蝶阀在此 基础上多加一个偏心，即阀轴中心线与阀门中心 线( 管道中心线) 偏移。双偏心的目的是使阀板 开到2 0 。以后，密封副之间互相分离，减少磨擦 ( 凸轮效应) 。三偏心蝶阀在双偏心蝶阀的基础 上又增添一个偏心斜锥，即阀板的偏移( 密 封面与管道垂直面的偏移) 。 如此，阀门在逐渐开启时，密封副之间能 够彻底分离，不仅强化了凸轮效应，还彻底消 除了磨擦；当阀门关闭时，随着密封副逐步闭 合，发生楔块效应，凭最小扭矩力完成最严实 的关闭。 3 种偏心型式蝶阀的对比如图5 所示。 玛弋硼2 二 君 乏f 1 。_心| 图53 种偏心型式蝶阀的对比 由图5 可知，第三次偏心最显著的特征在于 其从本质上更改了密封结构，即采用扭力密封，不 再依靠阀座的弹性形变实现密封，而是通过阀座 的接触面压来满足密封效果，因此实现了金属阀 座的零泄漏。并且由于接触面压与介质压力成正 比，耐高压高温的问题也迎刃而解H 。海南L N G 使用的V a n e s s a3 0 0 0 0 系列回转式工艺蝶阀就是 一种独特的四分之一回转式三偏心蝶阀，其结构 如图6 、7 所示。 图6海南L N G 三偏心蝶阀 O 有遁妲 O 图7海南L N G 三偏心蝶阀箭头方向 2 2 三偏心蝶阀的安装 2 2 1 三偏心蝶阀的安装方向 根据阀体上箭头的不同，可将三偏心蝶阀的 安装方向总结为3 种情况。 第一种情况，蝶阀阀体上已经注明了表示介 质流向的箭头，此时应按流向标示的方向安装使 用川。 、第二种情况，蝶阀阀体上没有任何方向的标 示。此时，应查阅阀门厂家说明书，判断蝶阀类 型，再根据阀门的结构判断是否有安装方向要求， 如果是偏心蝶阀就应引起重视。 第三种情况，蝶阀阀体上标明了压力方向的 万方数据 8 4 8化工机械 2 0 1 5 年 箭头( 箭头的尾端表示受压侧) ，如图6 、7 所示。 海南L N G 系统的低温蝶阀绝大部分注明的都是 压力方向箭头，此时若施工人员在安装时当做介 质流向箭头的方式安装，则势必导致阀门密封性 变差，降低阀门使用寿命。 以L N G 工艺系统为例( 图8 ) ，三偏心低温蝶 阀V 0 0 0 7 7 8 的箭头方向由右至左指向安全阀，此 时介质的流向显然是从左至右的。因此，此时阀 门壳体上的箭头标示方向并不是介质流向，而是 阀门关闭时的承压方向，所以调节阀两边的蝶阀 箭头方向各指向背向调节阀的方向。 S P l l 一N C C 图8L N G 工艺流程系统示意图 偏心蝶阀安装在不同的管路时安装方向不尽 相同，其主要目的就是在确保管路正常运作的前 提下，需考虑后续的管路维护保养。当安全阀损 坏需要检修时，蝶阀关闭，旁路球阀打开，则其承 压方向来自右边，因此，图8 中蝶阀应背向安全阀 安装。 在实际生产过程中，三偏心蝶阀的阀板侧为 低压侧，阀轴侧为高压侧，即受压侧，阀门两侧压 力不同时，有利于阀门关严，符合三偏心蝶阀的工 作要求。如O r t o n 公司对于三偏心金属密封蝶阀 的安装要求就是使关闭状态高压侧位于阀轴一 侧，以便长期密封。 根据偏心蝶阀结构( 阀板侧与阀轴侧) 、管道 的高低压侧和检修因素，就能准确确定其安装方 向。有安装方向的蝶阀，其安装方向应在P I D 图与I S O 图( 管道轴测图) 中标示出来，避免现场 施工人员依照图纸安装蝶阀时出错。 2 2 2 蝶阀安装方向原因剖析 进口三偏心金属密封蝶阀通常有其推荐的安 装方向，不建议反装；国内偏心蝶阀制造工艺相对 差些，通常反向比正向差一个泄漏等级或一到两 个压力等级，更不能反装。原因如下： a 取决于蝶阀的构造。中线密封蝶阀密封 构造决定了其双侧压力承受能力是相同的，因此 中线密封蝶阀对流向没有要求。偏心蝶阀( 包括 单偏心、双偏心和三偏心蝶阀) 大多对流向有要 求，即使是双向密封也只是正反两个方向能在规 定的压力等级下满足密封要求，其中必定有一侧 可承受更高的压力，使密闭性更好。 b 方便检修。偏心蝶阀一般阀轴侧为高压 侧，阀板侧为低压侧，一旦安装反将导致检修时阀 门产生泄漏。 c 有利于蝶阀的密封，防止内漏。三偏心蝶 阀的阀座与阀板密封面之间的密封是通过传动装 置的力矩使阀板压向阀座实现的。流道介质顺流 时，介质压力越高密封挤压越紧；流道介质逆流 时，随着介质压力的增加，当阀座与阀板相互间的 单位正压力小于介质压强时，密封开始泄漏。 3结束语 针对现场施工人员经常将偏心蝶阀方向安装 错误的情况，笔者对蝶阀密封原理及其结构进行 了探讨。经分析，对于偏心蝶阀尤其是三偏心蝶 阀，虽然各阀门厂家标称为双向密封，对安装方向 并无要求，但其只是反向密封的承压能力提高，仍 不能正向承压。对于三偏心蝶阀，无论从检修还 是从密封性的角度考虑，都表明它是具有安装方 向的，选择正确的安装方向不仅有利于阀门密封、 保护阀门、延长阀门使用寿命，还能最大程度地避 免潜在的安全隐患。 参考文献 1 赵建明三偏心蝶阀的发展及应用 J 内蒙古石油 化工，2 0 1 4 ，( 7 ) ：5 3 5 4 2 M o h