金属平面密封蝶阀的特点及原理

 1前言
    近几年来，随着现代工业的发展，蝶阀的使用已从低压供水扩展到温度高于538℃，低到-184℃的介质，压力也从低到高，广泛用于空分、化工、冶金、污水处理等领域。而且口径越来越大，性能要求更高，使用寿命要求更长。当前，国内外生产的蝶阀大多数为橡胶密封和塑料密封，容易磨损和老化，达不到设备连续运行周期。以空分为例，当今以深冷分离原理为主的空分设备，其流程都采用分子筛预净化流程，工作压力为0.5～0.9mpa，介质温度的变化范围在10～200℃，其切换阀使用温差大，口径大，切换频繁，阀门橡胶密封圈容易磨损和老化，而且更换也比较困难。针对这些情况，我公司开发研制了连杆增力式金属平面密封气动蝶阀系列。这种新型蝶阀已获得国家实用型（号为：zl97224037.3）。
    2金属平面密封气动蝶阀的特点
    （1）采用杠杆式启闭结构，使密封副间相对滑动很小，减小相对磨损。
    （2）执行机构采用连杆增力机构。这种机构在蝶阀处于关闭状态时，驱动装置能输出zui大扭矩，且具有自锁性能，工作安全可靠。
    （3）采用金属平面密封结构，具有很强的耐腐蚀性和耐磨性，适用于高温环境，使用寿命长。
    （4）关键部件进行了优化设计，使总的阀门启闭次数可以达到1×106次以上。
    （5）该阀的控制系统采用非接触式电磁舌簧开关，不受环境条件限制，而且信号灵敏，准确性高，可以实现远程遥控，气动控制和自动控制，与设备配套时也可以实现无人操作。
    3结构及工作原理
    3.1杠杆式启闭结构
    杠杆式启闭结构。当蝶阀关闭时，主轴与杠杆用锥销紧固，绕o点按逆时针旋转，杠杆用带孔销带动蝶板ab，由压缩弹簧推动蝶板固定在杠杆的支点n上，随主轴杠杆的转动而转动。当蝶板上端b与阀体密封面全部接触而达到密封。开启过程正好相反。在启闭过程中，密封副间相对滑动很小，减小相对磨损。在关闭状态为轴向压力密封，改变传统的外力挤压密封。
    3.2连杆增力式执行机构
    连杆增力式执行机构，活塞在气源压力的作用下向右移动，活塞杆带动力臂于箱体内滑动，连杆牵动摇杆顺时针转动，输出扭矩。而连杆与摇杆长度（h）相同，均等于箱体槽心至输出中心的距离。箱体槽壁承受侧向推力f，分力p牵动摇杆转动，根据力的分析可知：
    p=q/cosαα=sin-1（1-sinβ） 
    m扭=phcos（90-α-β）=qhsin（α+β）/cos（α+β） 
    由上式可知，β角减小，α角增大，m扭值随之增加。当β=0°、α=90°时（蝶阀处于关闭状态），驱动装置输出zui大扭矩，而在启闭过程中的扭矩较小。此特性在曲线上恰好包容了蝶阀操作扭矩曲线，满足蝶阀在关闭或开启状态时所需的密封力矩。
    3.3平面密封结构
    过去的气动蝶阀密封副一般采用球面密封，密封压力是径向挤压作用力，其密封过盈量不能任意调整，密封性能取决于密封材料的过盈量，因此，设计中选择密封材料及其过盈量就显得十分重要。在工作中，特别是在分子筛预净化流程中，切换阀工作在10～200℃范围内，采用橡胶密封圈时，橡胶的线性膨胀系数很大，受温度变化影响大，过盈量很难准确确定。如果过盈量大，不但增大摩擦力，而且时常出现“啃边”和“翻舌”现象，使密封失效，过盈量小则出现泄漏。即使过盈量选择合理，而这种阀门切换频繁，经过一段时间运行后还会因磨损而失效。假如采用非橡胶密封材料，据目前资料所知，它们的弹性变形很小，径向密封过盈很难控制，制造相当复杂，成本很高。同时对橡胶密封材料来说，温度的不断变化，使橡胶密封圈因温度疲劳破坏而造成过早老化，对于大型空分设备配备的大口径气动蝶阀，更换密封圈就十分困难。
    新型密封气动蝶阀则采用金属平面密封结构，阀瓣作为非易损件采用不锈钢堆焊硬质合金，阀座密封环采用铜基合金或不锈钢堆焊代钴合金，它们具有很强的耐腐蚀和耐磨性，使用温度范围大，在-40～300℃之间可以长期使用，因此，使用寿命比橡胶密封大得多。
    由于阀板的运动机构采用杠杆形式，当阀板关闭后，阀板与阀座成为平面接触密封，其后杠杆相当于凸轮机构，如果主轴继续旋转，那么阀板向前继续平移达到力的平衡，有工作介质压力时，还能实现自密封，保证了密封可靠性。当整个密封面磨损后，还具有自动补偿密封磨损量的特性，从而延长了使用寿命。
    由于该阀门采用合理的结构，其使用性能比国内其它阀门好，已经能够取代国外同类产品。