三偏心蝶閥的發(fā)展_特點及應用

蝶閥結構簡單、體積小、質量輕，僅由少數(shù)幾個部件組成，操作簡單，其結構原理適合制作大口徑閥門，同時具有良好的流量控制特性，因此在石油化工、冶金煉鋼、水處理、電力等行業(yè)中得到了廣泛的應用。目前廣泛使用的三偏心蝶閥，其蝶板的密封斷面不再是圓形，而是橢圓，其密封面形狀不對稱。由于三偏心蝶閥創(chuàng)新的結構特性，在各種工藝管線上，不論是開關閥還是調節(jié)閥，只要選型得當，都可以放心地使用，且成本低廉。

1 三偏心蝶閥的發(fā)展

早期的蝶閥因不能耐高溫高壓且泄漏量大，使其應用范圍受到很大的限制。為滿足各種工況要求，蝶閥先后經歷了從同心向單偏心、雙偏心和三偏心的演變。

同心蝶閥的結構特征為閥桿軸心、蝶板中心、本體中心在同一位置上，結構簡單，制造方便。缺點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問題，由此產生了單偏心蝶閥，其結構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。但由于單偏心構造在閥門的整個開關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上進一步改良成型的就是目前應用比較廣泛的雙偏心蝶閥。其結構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，延長了閥座壽命。刮擦的大幅度降低，同時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域的應用。但因其密封原理屬位置密封構造，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生密封效果，故對關閉位置要求很高（特別是金屬閥座），承壓能力低，這就是為傳統(tǒng)上人們認為蝶閥不耐高壓，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，又對蝶閥進行了第三次偏心。如圖1所示。

圖1 三偏心蝶閥結構示意

如圖1所示，其結構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，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。三偏心的較大特點就是從根本上改變了密封構造，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到密封效果。如圖2所示。

圖2 三偏心蝶閥密封形狀示意

2 三偏心蝶閥的特點

三偏心蝶閥屬于旋轉閥，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構（見圖2），外偏心球面經拋光處理達到粗糙度Ra0.4，球面鍍鉻或堆焊司太萊合金，硬度達HRC45~60。三偏心碟閥耐壓較高達到26MPa，耐溫低至-196℃、高達700℃，密封達到零泄漏?？梢娬怯捎谌牡y創(chuàng)新的結構特性使其具有了如下主要特點。

（1）集調節(jié)切斷于一身，操控性強。

新型三偏心蝶閥設計上采用雙重安全構造，為防止因受流體壓力、溫度的影響而引起的蝶板變形、閥桿錯位、密封面咬合，在蝶板上下側分別裝有兩個各自獨立的止推環(huán)，從而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，在閥門下端內外兩處設計了各自獨立的閥桿飛出防止機構。

（2）無死區(qū)設計，開啟力矩小。

三偏心蝶閥閥板形狀為橢圓形錐體，其表面堆焊硬質合金，耐磨性好，浮動式U型不銹鋼閥座具有自動調整中心的功能。當閥門打開時，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；關閉時閥板旋轉，在偏心軸的作用下閥板向彈性閥座進行自動調整中心，對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。做到了閥門開關時蝶板不刮擦閥座，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)設計使三偏心蝶閥幾乎可以從0開度開始即進入可調控區(qū)域，直至90開度，其調控比較高可高達100：1以上，為一般蝶閥的2倍。

（3）零泄漏，耐高溫高壓。

三偏心的較大特點就是從根本上改變了密封構造，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到密封效果。這種密封結構使三偏心蝶閥可以做到硬密封VI級，達到真正的零泄露。同時，由于金屬閥座的選用和面密封的結構特性，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造，使閥門結構更加緊湊，并且減少了閥座直接接觸介質的機會，降低了閥座受沖蝕的程度，還可有效地防止介質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立的，蝶板密封面可也可以更換，使維修成本大大降低。

3 三偏心閥在石油化工裝置中的應用

在大口徑管線上，使用截止閥的成本非常高且無法實現(xiàn)零泄漏，在需要緊急關斷的工況中，必須在截止閥的旁側加裝切斷閥。雖然V型球閥也可以實現(xiàn)切斷（零泄露）和調節(jié)，但成本也要遠遠高于三偏心蝶閥。目前，一般在DN300mm以上蝶閥已逐漸代替了閘閥。蝶閥與閘閥相比具有開閉時間短、操作力矩小、安裝空間小和質量輕的特點。以DN1000mm為例，蝶閥約2t，而閘閥約3.5t，且蝶閥易與各種驅動裝置組合，有良好的耐久性和性。正因為三偏心蝶閥與截止閥、球閥、閘閥相比具有的優(yōu)點，因此在石油化工行業(yè)的許多場合，三偏心蝶閥都得到了成功的應用。

（1）三偏心蝶閥集調節(jié)與切斷（實現(xiàn)零泄

漏）于一身，在聚乙烯裝置中已有成功的典型應用。聚乙烯裝置的反應器冷卻水溫度調節(jié)回路是該裝置重要的組成部分，溫度調節(jié)回路能平穩(wěn)運行直接決定了整套聚乙烯裝置能否安全平穩(wěn)運行。調溫水管線為大口徑（DN450mm以上），正常工況條件下，三偏心蝶閥因其很高的調控比，作為調節(jié)閥使用，比普通調節(jié)閥更加穩(wěn)定，當聯(lián)鎖發(fā)生時，三偏心蝶閥還可以起到切斷作用，并且完全切斷（零泄漏）。從實際應用情況來看，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，甚至縮短閥門的使用壽命。與其它類型的閥門相比，三偏心蝶閥以其獨特的結構特點成為理想的選擇。

（3）各煉油廠催化裂化裝置煙氣輪機的入口管線的切斷和調節(jié)，由于工藝管線口徑很大，工藝介質為高溫煙氣（高達750℃），使用閥門主要采用三偏心蝶閥，國內裝置的閥門尺寸較大已經達到DN1800mm，配備液壓執(zhí)行機構關閉時間小于0.5s；其它如主風機入口出口管道和放空閥，氣壓機入口、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，在其儲罐進出口主管線上使用三偏心蝶閥更加。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。

4 結束語

通過以上蝶閥的演變過程及結構特點可見，三偏心蝶閥作為閥門新科技的結晶，揚各種閥門之長、避各種閥門之短，已受到廣大用戶和設計人員的重視并得到廣泛的應用。