关于蝶阀设计与选用探讨

重庆交通大学《水工艺设备》课程论文学院河海学院专业给水排水工程学生姓名王松学位级别学士指导教师杨威2015年11月19日关于蝶阀设计与选用探讨摘要：

根据现有的蝶阀使用情况和存在的问题，对蝶阀的设计作出了六方面的阐述，对选用的条件也作出了论述，对在设计和选用时需要注意什么问题提出了建议。

关键词：蝶阀；设计；选用概述

在给水排水管道系统中，蝶阀在其中起着重要的作用。时代在进步，技术在更新，对蝶阀的使用要求有了新的变化。在不同的工况下，对蝶阀的性能要求是不一样的，因此，应对不同工况，在钢厂的冶金中，采用合适的材料、类型和连接方式来设计蝶阀。设计

2.1结构。蝶阀中间的蝶板处在流体中间，当流体流经它的时候，它会对流体产生一定的阻力，在设计时就要充分考虑这个问题。一般的，当蝶阀蝶板的直径比较大的时候，根据标准，蝶板的厚度与阀杆的直径的大小关系需要控制在某个范围内，即厚度大小需要小于直径的2.25倍，另外，蝶板上部能出现横向筋。为减小蝶板给流体带来的阻力，蝶板的进、出水面应设计成流线型的。用于固定的螺钉应放置于蝶板内部，避免螺钉给流体带来阻力。有的设计公司将蝶板设计成铁饼状，为的就是尽可能的降低阻力，有的设计公司则把蝶板做得特别薄。从国内和国外的标准中可以看出，流阻在蝶阀设计中算得上是一个很重要的指标。

2.2\t"/1/_blank"橡胶密封圈。橡胶密封圈质量的好坏也会影响到蝶阀的功能。橡胶密封圈使用寿命的长短与橡胶质量、密封面的宽度有关。一般建议采用优质的橡胶来制作橡胶密封圈，在制造过程中要严格控制温度和时间，不能随意改变制造流程，以避免橡胶密封圈出现老化和开裂的现象。当橡胶密封圈的宽度与对应的金属面宽度尺寸不在合理范围内时，就会出现\t"/1/_blank"密封性差，\t"/1/_blank"密封圈进入密封面很不方便的情况。另外，还要注意橡胶密封圈与密封面、蝶板之间的形位公差、精度、粗糙度等，只有在合理的配合情况下，才能使密封圈的使用寿命较长。

2.3刚度。保证蝶阀、蝶板的连接刚度是十分必要的，影响刚度的因素主要有4个。第一个，阀轴尺寸。当阀轴的尺寸小于某个值的时候，就会出现刚度不足的情况，影响到\t"/1/_blank"密封的效果。由轴的刚度公式可以知道，弹性模量对轴的刚性影响不大，影响较大的是惯性矩，这个参数与轴的横截面尺寸形状和大小有关。另外，还要考虑轴上的扭矩大小，因此设计的时候综合考虑。第二个，轴孔的配合。以前的规定是要求蝶阀轴是一根贯穿的轴，后来的标准改为了可分段的轴。轴的间隙一般根据口径的大小得出，有一个合理的范围值，在取值的时候要考虑尽量避免和减小轴可能出现的弯曲或变形。第三个，蝶板结构。在设计蝶板的时候，要充分利用结构提高刚度，采用平板形、锅形或者桁架形，目的就是一个，增大惯性矩、加强刚度。第四个，阀体结构。对于直径较大的蝶阀，可以加设圈筋或�筋，提高稳定性。U形筋能较好的提高刚度，但就目前的制造工艺来说，其工艺性不是很好。

2.4自润滑轴承。轴承是传动的重要零件，需要承受较大的压力，优质的\t"/1/_blank"轴承能很好的胜任传动的工作。国内生产的轴承比较笨重，在传递能量的时候自己本身也会消耗不少的能量，相比之下，国外的轴承支座工艺比较精良，容易旋转，启动旋转的力度较小。另外，在加工精度上，国产的轴承也稍微逊色一些。另外，轴承材料的润滑性也是非常关键的。一般，蝶阀中采用的轴承都是自润滑轴承，需要采用自润滑材料实现减磨润滑的效果。加设轴套不仅可以防止阀体出现生锈和胶合的情况，还能在一定程度上增加刚度。

2.5轴与蝶板的连接。在这两个的连接方式上有一定的讲究。一般直径较小的蝶阀中，多数采用键或花键的方式进行连接，也可以采用其他的连接方式；对于直径较大的蝶阀，采用键或锥销的方式进行连接比较好。在使用过一段时间后会发现接销有破损的现象发生，这说明在制造初期就存在一些问题，例如精度不足、误差较大、配合不合理等。

2.6结构长度。蝶阀的长度因适中，不能因为近几年它的结构趋势是缩短，就盲目跟风。采用太短的结构会降低强度，不利于蝶阀的使用。因此国际标准对长度做了下限要求。对于采用脆性材料\t"/1/_blank"铸钢制造的\t"/1/_blank"阀门，其结构长度需要长一些。

3.选用

3.1类型。蝶阀根据其结构的不同可以分为很多类，包括单偏心、斜板式、中线型、双偏心和三偏心等。按结构形式分类：(1)中心密封蝶阀(2)单偏心密封蝶阀(3)双偏心密封蝶阀(4)三偏心密封蝶阀。2．按密封面材质分类：(1)软密封蝶阀。1)密封副由非金属软质材料对非金属软质材料构成。2)密封副由金属硬质材料对非金属软质材料构成。(2)金属硬密封蝶阀。密封副由金属硬质材料对金属硬质材料构成。3．按密封形式分类(1)强制密封蝶阀1)弹性密封蝶阀。密封比压由阀门关闭时阀板挤压阀座，阀座或阀板的弹性产生2)外加转矩密封蝶阀。密封比压由外加于阀门轴上的转矩产生(2)充压密封蝶阀。密封比压由阀座或阀板上的弹件密封元件充压产生(3)自动密封蝶阀。密封比压由介质压力自动产生。按工作压力分类(1)真空蝶阀。工作压力低于标堆大气历的蝶阀。(2)低压蝶阀。公称压力PN＜1．6MPa的蝶阀。(3)中压蝶阀。公称压力PN为2．5--6．4MPa的蝶阀。(4)高压蝶阀。公称压力PN为10。0--80．0MPa的蝶阀。(5)超高压蝶阀。公称压力PN＞100MPa的蝶阀。5．按工作温度分类(1)高温蝶阀。t＞450C的蝶阀(2)中温蝶阀。120C＜t＜450C的蝶阀(3)常温蝶阀。一40C＜t<；120C的蝶阀(4)低温蝶阀。一100＜t＜一40C的蝶阀(5)超低温蝶阀。t＜一100C的蝶阀6．按连接方式分类(1)对夹式蝶阀。(2)法兰式蝶阀。(3)支耳式蝶阀。(4)焊接式蝶阀。一般，当流体流经蝶板的时候，流体会对蝶板产生压力，并作用在阀轴和\t"/1/_blank"轴承上。要想保证蝶阀的稳定性和刚度，就需要增加阀轴的直径和蝶板的厚度。最近几年，通过不断改善产生了软密封闸阀，它能避免泥沙沉积的问题，同时它的设计使得它的流阻比较小，维修方便，能在运行时进行维修，因此，在中小口径上应用十分广泛。

3.2\t"/1/_blank"密封副。冶金上的金属密封蝶阀一般性能比较好，可以在较高温度下密封较好的使用较长时间，不易被撕裂，能承受较大的压力，算得上是工程系统中的关键部位。，采用优良的\t"/1/_blank"橡胶制成软密封蝶阀，加上制造工艺比较优良的话，可以做成比较好的\t"/1/_blank"密封圈。但不可避免的是，凡是橡胶都会出现老化的现象，能做的就是尽量延缓橡胶老化。用于中温中压的条件下的蝶阀通常可以采用金属密封蝶阀，因为他的稳定性好，使用寿命较长。对于常温水的阀门，一般对蝶阀的要求不高，采用软密封阀的效果比较好。一般口径较大的\t"/1/_blank"蝶阀，在橡胶质量较好的情况下，主要还是采用橡胶制成的橡胶座蝶阀的比较多。

4.工作原理蝶阀是用圆形蝶板作启闭件并随阀杆转动来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。蝶阀的蝶板安装于管道的直径方向。在蝶阀阀体圆柱形通道内，圆盘形蝶板绕着轴线旋转，旋转角度为0°~90°之间，旋转到90°时，阀门则牌全开状态。蝶阀的开度与流量之间的关系，基本上呈线性比例变化。如果用于控制流量，其流量特性与配管的流阻也有密切关系，如两条管道安装阀门口径、形式等全相同，而管道损失系数不同，阀门的流量差别也会很大。如果阀门处于节流幅度较大状态，阀板的背面容易发生气蚀，有损坏阀门的可能，一般均在15°外使用。蝶阀处于中开度时，阀体与蝶板前端形成的开口形状以阀轴为中心，两侧形成完成不同的状态，一侧的蝶板前端顺流水方向而动，另一侧逆流水方向而动，因此，一侧阀体与阀板形成似喷嘴形开口，另一侧类似节流孔形开口，喷嘴侧比节流侧流速快的多，而节流侧阀门下面会产生负压，往往会出现橡胶密封件脱落。蝶阀操作力矩，因开度及阀门启闭方向不同其值各异，卧式蝶阀，特别是大口径阀，由于水深，阀轴上、下水头差所产生的力矩也不容忽视。另外，阀门进口侧装置弯头时，形成偏流，力矩会有增加。阀门处于中间开度时，由于水流动力矩起作用，操作机构需要自锁。蝶阀结构简单，只由少数几个零件组成，材料耗用省；体积小、重量轻、安装尺寸小，驱动力矩小，操作简便、迅速，只需旋转90°即可快速启闭；并且还同时具有良好的流量调节功能和关闭密封特性，在大中口径、中低压力的使用领域，蝶阀是主导的阀门形式。蝶阀处于完全开启位置时，蝶板厚度是介质流经阀体时唯一的阻力，因此通过该阀门所产生的压力降很小，故具有较好的流量控制特性。蝶阀有弹密封和金属的密封两种密封型式。弹性密封阀门，密封圈可以镶嵌在阀体上或附在蝶板周边。一般密封座的寿命在正常情况下，橡胶15年-20年，金属的80年-90年。但如何正确选用则要根据工况要求。橡胶密封蝶阀缺点是作节流使用时，由于使用不当会产生气蚀，使橡胶座剥落、损伤等情况发生。为此，现在国际上又开发金属密封蝶阀，气蚀区减小，近几年我国也开发了金属密封蝶阀，在日本近年来还开发耐气蚀、低振动、低噪声的梳齿形蝶阀。采用金属密封的阀门一般比弹性密封的阀门寿命长，但很难做到完全密封。金属密封能适应较高的工作温度，弹性密封则具有受温度限制的缺陷。如果要求蝶阀作为流量控制使用，主要的是正确选择阀门的尺寸和类型。蝶阀的结构原理尤其适合制作大口径阀门。蝶阀不仅在石油、煤气、化工、水处理等一般工业上得到广泛应用，而且还应用于热电站的冷却水