手動密閉蝶閥在工程應(yīng)用中出現(xiàn)的問題和技術(shù)改進(jìn)

楊亞鵬　王　茂

摘要：由于傳統(tǒng)的蝶閥具有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，給加工制造和工程應(yīng)用帶來一定的局限性，本文主要介紹了手動密閉蝶閥發(fā)展的現(xiàn)狀和采用四連桿機(jī)構(gòu)的手動密閉蝶閥在使用過程中出現(xiàn)的問題以及相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：手動密閉蝶閥 四連桿機(jī)構(gòu) 曲桿-滑槽機(jī)構(gòu) 技術(shù)改進(jìn)

0 引言

蝶閥是以固定在旋轉(zhuǎn)軸上的閥板作啟閉件，并隨閥桿轉(zhuǎn)動來開啟、關(guān)閉和調(diào)節(jié)流體通道的一種閥門。蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向，在蝶閥閥體通道內(nèi)，蝶板繞著軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為0°～90°之間。上世紀(jì)30年代，美國發(fā)明了蝶閥，到60年代在日本普遍采用，而在我國推廣則是70年代后的事了。普通蝶閥具有如下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，只由少數(shù)幾個零件組成，材料耗用節(jié)?。惑w積小、重量輕、安裝尺寸小，驅(qū)動力矩小，操作簡便、迅速，只需旋轉(zhuǎn)90°即可快速啟閉；并且還具有良好的流量調(diào)節(jié)功能和關(guān)閉密封特性，在大中口徑、中低壓力的使用領(lǐng)域，蝶閥是主導(dǎo)的閥門形式。

1 手動密閉蝶閥的發(fā)展進(jìn)程和現(xiàn)狀

由于傳統(tǒng)的蝶閥特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得蝶閥在眾多領(lǐng)域內(nèi)都有廣泛應(yīng)用。蝶閥處于完全開啟位置時，蝶板厚度是介質(zhì)流經(jīng)閥體的唯一阻力，因此通過該閥門所產(chǎn)生的壓力降很小，故具有較好的流量控制特性。目前世界上一般在DN300毫米以上蝶閥已逐漸代替了閘閥。蝶閥與閘閥相比有開閉時間短，操作力矩小，安裝空間小和重量輕的優(yōu)點(diǎn)。以DN1000為例，蝶閥約2T，而閘閥約3.5T，且蝶閥易與各種驅(qū)動裝置組合，有良好的耐久性和可靠性。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷廣泛，蝶閥的公稱通徑的范圍也隨之增大，以往單純的把閥板固定在閥桿上，以閥桿為中心軸旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前的形勢。當(dāng)把四連桿機(jī)構(gòu)引入到蝶閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計中后，巧妙地利用四連桿機(jī)構(gòu)的幾何學(xué)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了閥板在有限空間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)、啟閉動作，在一定程度上解決了單純靠“增強(qiáng)”閥桿、閥板來滿足使用要求的矛盾。

2 手動密閉蝶閥在工程應(yīng)用中存在的問題

任何事物的出現(xiàn)和發(fā)展是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移的，在蝶閥的閥板驅(qū)動形式采用了四連桿機(jī)構(gòu)之后，確實(shí)解決了許多矛盾，在一定程度上拓寬了蝶閥的應(yīng)用領(lǐng)域。但就目前采用這種機(jī)構(gòu)的蝶閥來說，仍存在一些不利的因素，制約了此類蝶閥的應(yīng)用和發(fā)展。

2.1 閥門以四連桿機(jī)構(gòu)作為閥板啟閉的主傳動機(jī)構(gòu)，其各構(gòu)件的加工誤差和裝配誤差的累積，以及調(diào)整過程的操作不當(dāng)，導(dǎo)致閥門運(yùn)轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)性差，閥板啟閉轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)，密閉不嚴(yán)。由于各構(gòu)件連接處存在一定的間隙，以實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動，但各處間隙的累加會影響整個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動準(zhǔn)確性，造成閥板在任意位置定位不穩(wěn)，出現(xiàn)微小顫動，從而引起管路中氣流的不穩(wěn)定和壓力波動。

2.2 流量系數(shù)是衡量閥門流通能力的重要指標(biāo)，它隨閥門的尺寸、形式、結(jié)構(gòu)而變化，而與之緊密關(guān)聯(lián)的另一指標(biāo)是閥門的流阻系數(shù)，可以認(rèn)為，閥門腔體內(nèi)的每個元件都可以看作為一個產(chǎn)生阻力的元件系統(tǒng)(流體轉(zhuǎn)彎、擴(kuò)大、縮小、再轉(zhuǎn)彎等)，所以，閥門內(nèi)的壓力損失約等于閥門各個元件壓力損失的總和。四連桿機(jī)構(gòu)為了保證閥板的剛性、強(qiáng)度以及動作的平穩(wěn)性，無法避免的要設(shè)置于閥門腔體內(nèi)部，而且有一定的抗沖擊、抗扭轉(zhuǎn)能力，這就注定機(jī)構(gòu)要具備一定的規(guī)格尺寸，占據(jù)一定的空間位置，于是造成了流體壓力損失的增大，引起手動密閉蝶閥流量系數(shù)的降低和流阻系數(shù)的增大。

2.3 隨著閥門通徑的增大和閥板尺寸的變大，以往結(jié)構(gòu)形式的閥板的剛性已經(jīng)不能滿足使用要求，采用四連桿機(jī)構(gòu)后，閥門手動裝置的力矩可以很好的傳遞到閥板的啟閉動作中，但在閥門的關(guān)閉過程中，隨著扭矩的不斷增大，閥板容易出現(xiàn)變形，不能很好地與閥座密封面貼合并壓縮密封墊，從而導(dǎo)致密閉失敗。

3 手動密閉蝶閥的技術(shù)改進(jìn)

從發(fā)明到現(xiàn)在，蝶閥經(jīng)歷近一個世紀(jì)，以其結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用省，體積小，操作簡便、迅速等諸多優(yōu)點(diǎn)，被眾多領(lǐng)域廣泛接受。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，蝶閥也在不斷的進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，以滿足更廣泛的工程應(yīng)用。下面對蝶閥在工程應(yīng)用中遇到的問題，進(jìn)行探討和分析，并針對上述問題提出相應(yīng)的解決方案和改進(jìn)措施。

3.1 為了提高機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度和控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動誤差，我們對四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡化和改進(jìn)。采用以主傳動軸通過曲桿帶動閥板作主運(yùn)動，再以閥體上的直線滑槽通過固定在閥板上的滑軸來約束閥板上另一定點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)閥板的翻轉(zhuǎn)、定位等輔助運(yùn)動，如圖所示。曲桿—滑槽機(jī)構(gòu)的采用，解決了以往機(jī)構(gòu)復(fù)雜、零部件多、加工量大的問題，降低了各構(gòu)件之間的累積誤差，提高了閥板運(yùn)動的平穩(wěn)性和運(yùn)動精度。

3.2 流量系數(shù)是衡量閥門流通能力的重要指標(biāo)，流量系數(shù)值越大說明流體流經(jīng)閥門時壓力損失越小。以往小通徑的蝶閥，以蝶板繞主軸旋轉(zhuǎn)的簡單動作來實(shí)現(xiàn)閥門的啟閉，蝶閥處于完全開啟的位置時，蝶板厚度是介質(zhì)流經(jīng)閥體的唯一阻力。然而，四連桿機(jī)構(gòu)的采用在保證閥板動作的同時，卻降低了蝶閥的流量系數(shù)。機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的存在減小了有限的閥腔空間，使介質(zhì)流經(jīng)閥體的壓力損失在閥板厚度的因素的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增大，削弱了蝶閥原有的流量系數(shù)高，壓力損失小的優(yōu)越性。當(dāng)以曲桿—滑槽機(jī)構(gòu)作為閥板的傳動方式后，避免了原來復(fù)雜機(jī)構(gòu)構(gòu)件多、節(jié)點(diǎn)多、阻力大的缺陷，并且把個別構(gòu)件隱藏到閥體的滑槽內(nèi)，較大程度地減少了構(gòu)件對介質(zhì)壓力損失的影響。

3.3 提高構(gòu)件的剛性通常有兩種方法：①增加構(gòu)件的組成材料，加大構(gòu)件的壁厚；②改善構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，并合理布置加強(qiáng)筋板。具體到增強(qiáng)密閉蝶閥的閥板的剛性，考慮到閥板經(jīng)常啟閉，要求靈活輕便，同時要減少用料、降低成本，所以第一種措施可行性不大，需要從改進(jìn)結(jié)構(gòu)形式的角度出發(fā)，采取以下措施：①改進(jìn)閥板結(jié)構(gòu)，閥板由原來的整體彎折后焊接，改為四周圍板加工后，再與蓋板焊接，并把圍板厚度單獨(dú)加大；②閥板的加強(qiáng)筋板由原來的縱橫交錯的“豐”字形狀，改為由中心向四周輻射的“米”字形狀，通過合理布置筋板最大程度地增強(qiáng)閥板的剛性。