一、前言

　　蝶閥是給排水管路系統(tǒng)中的一個重要設(shè)置，隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，對蝶閥的結(jié)構(gòu)及性能提出了更高的要求。目前廣泛應(yīng)用于市政、石油、化工、輕工等給排水工業(yè)領(lǐng)域中，蝶閥的種類很多，有中心線型、有單偏心、雙偏心、甚至還有三偏心，但它們都有一個共同的特點(diǎn)：蝶板壓框壓緊橡膠密封圈，實(shí)現(xiàn)閥門的啟閉，而且閥門所采用的閥桿是貫穿整個蝶板，流通面積小，扭矩偏大，加之閥門中的零件較多，造成維修困難。而填充式蝶閥(見圖1)是結(jié)合國、內(nèi)外大量的工況實(shí)例，多年的市場跟蹤調(diào)查，設(shè)計(jì)的新型獨(dú)特閥門，完全克服了現(xiàn)有蝶閥行業(yè)加工密封面繁瑣的一些技術(shù)性不足，不但簡化了工藝程序，而且閥門的綜合性能得到了提高。該閥是一種單偏心蝶閥，流量系數(shù)大，扭矩小，密封性能好，不污染環(huán)境，拆卸維修非常方便。驅(qū)動方式有把手式、蝸輪式、電動式以及氣動等，是一種適應(yīng)范圍廣泛的閥門。

圖1 填充式蝶閥

1.電動啟閉機(jī)(手動、氣動) 2.主閥桿 3.O形密封圈 4.閥體 5.銷 6.蝶板 7.副閥桿 8.密封圈 9.螺栓 10.組合墊圈 11.環(huán)氧樹脂

二、結(jié)構(gòu)及工作原理

　　填充式蝶閥結(jié)構(gòu)簡單，它是一種單偏心軟密封蝶閥，設(shè)有上、下兩段式閥桿，密封圈不在閥板上，而在閥體上，密封圈可任意規(guī)格對接，密封接觸面采用多線接觸結(jié)構(gòu)，閥體凹槽采用非對稱式燕尾槽(見圖1)，以防止橡膠探出過多，造成蝶板開啟后再關(guān)閉裹圈現(xiàn)象。

　　關(guān)閉閥門時，利用帶壓注入在密封圈空腔內(nèi)的特殊環(huán)氧樹脂混合物，在灌注過程中，閥體密封座相對蝶板移動，注入的環(huán)氧樹脂使蝶板與密封閥座在所有位置均勻配合，且其密封副的密封比壓相同，使閥門的密封達(dá)到最佳狀態(tài)。

　　值得提醒的是：密封圈在填充環(huán)氧樹脂時，除了要將閥門關(guān)閉到位，而且保壓的壓力和時間一定要得到保證。

　　啟閉閥門非常簡單，打開閥門時，只要逆時針緩緩轉(zhuǎn)動手輪，使蝶板與法蘭面垂直，關(guān)閉閥門時，用手輪順時針緩緩轉(zhuǎn)動手輪，使蝶板與法蘭面平行。

三、裝配方法

　　裝配時，用煤油清洗閥門所有的部件，先將閥體平放在平板上(見圖2)，再將密封圈嵌在閥體溝槽中，然后將蝶板移至閥體內(nèi)，呈關(guān)閉狀態(tài)，在主、副閥桿表面涂上硅脂，安裝好擋圈、O形密封圈和銷，使之與蝶板的內(nèi)孔相連接，再用橡皮錘輕敲蝶板，使之完全嵌入閥體，然后用氣壓將特殊的環(huán)氧樹脂混合物注入閥體與蝶板密封副中的空腔，保壓一定時間，最后用螺塞將閥體澆注環(huán)氧樹脂螺紋孔堵住即可。

圖2 填充環(huán)氧樹脂圖

1.電磁閥 2.氣缸 3.氣缸座 4.支架 5.壓力表 6.氣管 7.填充式蝶閥

四、性能

　　填充式蝶閥(見圖1)密封圈被環(huán)氧樹脂填充后，由于密封圈表面呈鋸齒形，與閥體的結(jié)合牢固。多道密封，有效地解決了閥門啟閉過程中，密封面磨損和泄漏問題，使用壽命長，加之該閥采用上、下兩段式閥桿，單偏心結(jié)構(gòu)，增加了閥門的流通面積，水頭損失及操作扭矩要比同規(guī)格的普通蝶閥小。

　　閥桿與蝶板的連接采用了內(nèi)螺紋圓柱銷，銷的端面又灌以液態(tài)密封膠，在實(shí)際使用中拆卸維修極為方便，生產(chǎn)成本也較低。

五、與普通蝶閥的比較

　　常規(guī)蝶閥的密封副一般采用過盈的面接觸密封，一旦出現(xiàn)泄漏，需靠人為的調(diào)節(jié)螺釘?shù)乃删o，加大橡膠過盈量，若不能解決問題，只能拆卸重新更換密封圈。如果這種情況發(fā)生在供水過程中，需要停泵、停產(chǎn)維修，造成經(jīng)濟(jì)損失。而填充式蝶閥密封副采用多道密封，既減少了摩擦又延長了使用壽命，一旦密封線損壞，其他密封線仍起密封作用，即便多道密封線全部損壞，它可在現(xiàn)場載壓情況下修補(bǔ)閥座，閥門無需從管線上拆下，更無須停泵、停產(chǎn)維修，維修工序非常簡單，利用橡膠的彈性進(jìn)行二次注塑達(dá)到完全密封，整個過程僅需十幾分鐘即可完成二次修補(bǔ)。

六、設(shè)計(jì)計(jì)算

　　1、壁厚計(jì)算

　　填充式蝶閥的閥體最小壁厚采用ASMEB16.34附錄中壁厚的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

　　2、偏心式蝶閥閥桿力矩計(jì)算(圖3)

圖3 閥桿力矩計(jì)算圖

MD=MM+MT+Mj+Md

　　式中

　　MD——蝶閥閥桿力矩，單位為N•mm；MM——密封面間摩擦力矩，單位為N•mm；MT——密封填料的摩擦力矩(由于閥桿采用O形圈密封可忽略不計(jì))，單位為N•mm；Mj——靜水力矩，單位為N•mm(查表或計(jì)算)；Md——動水力矩，單位為N•mm(查表或計(jì)算)。MM=4qMRbMfM(h2+R2)1/2；qM——密封面必需比壓，單位為MPa(查表或計(jì)算)；R——蝶板密封半徑，單位為mm；bM——密封面的接觸寬度，單位為mm；fM——密封面間的摩擦因數(shù)(對于橡膠為0.8～1.0)；h——閥桿與蝶板中心的偏心距，單位為mm。

　　3、蝶板的厚度計(jì)算

b=0.054DH1/3

　　式中

　　b——蝶板最大厚度，單位為mm；D——蝶閥流道直徑，單位為mm(b/D=0.15～0.25)；H=100(P+Δp)

　　式中

　　H——最大靜壓水頭(水擊升壓介質(zhì))，單位為m；p——設(shè)計(jì)壓力(常取p=pN)，單位為MPa。

　　Δp=400×10-6 t-1 v

　　Δp——蝶閥快速關(guān)閥，在管路中產(chǎn)生的水擊升壓值，MPa；v——介質(zhì)流速，(查表)單位為m/h；t——蝶板從全開到全關(guān)所經(jīng)歷的時間(查表選擇)，單位為s。

　　4、蝶板與連接管道內(nèi)壁間的最小間隙δ值(見圖4)

圖4 蝶板結(jié)構(gòu)圖

δ≥2mm DN≤150

δ≥3mm DN=200～600

　　式中

　　DN——閥門公稱通徑。

　　5、蝶閥閥座最小通徑Dmin

　　Dmin≥0.85DN

　　6、斷面的強(qiáng)度校核

　　1)蝶板A-A斷面的強(qiáng)度校核(見圖5)

圖5 蝶板受力分析圖

σWA=MAWA-1

　　式中

　　σWA——驗(yàn)證A-A斷面上的彎曲應(yīng)力，單位為MPa；MA——A-A斷面上的彎矩，單位為N•mm；

MA=0.113pD13

　　式中

　　p——設(shè)計(jì)壓力(常取p=pN)，單位為MPa；D1——蝶板外徑，單位為mm。

WA=2JAb-1

　　WA——A-A斷面的抗彎斷面系數(shù)，單位為mm3；JA——A-A斷面的慣性矩(查表或計(jì)算)，單位為mm；b——蝶板最大厚度，單位為mm。

　　若A-A斷面的實(shí)際彎曲應(yīng)力，即：

　　σWA<[σWA]則蝶板設(shè)計(jì)合理，[σWA]為材料許用彎曲應(yīng)力。

　　2)蝶板B-B斷面的強(qiáng)度校核

　　由于閥門采用上下兩段式閥桿支撐，蝶板變形量很小，故在這里不作贅述。

七、結(jié)語

　　填充式蝶閥設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于傳動件上、下閥桿、閥體和蝶板的強(qiáng)度計(jì)算，密封圈填充環(huán)氧樹脂保壓的壓力和保壓時間的合理設(shè)定以及閥體、蝶板、閥桿、銷等零件的合理選材和熱處理。該閥是一種單偏心蝶閥，流量系數(shù)大，扭矩小，密封性能好，不污染環(huán)境，拆卸維修非常方便。驅(qū)動方式有把手式、蝸輪式、電動式以及氣動式等，是一種適應(yīng)范圍廣泛的閥門。