手动密闭蝶阀在工程应用中出现的问题和技术改进

杨亚鹏　王　茂

摘要：由于传统的蝶阀具有的结构特点，给加工制造和工程应用带来一定的局限性，本文主要介绍了手动密闭蝶阀发展的现状和采用四连杆机构的手动密闭蝶阀在使用过程中出现的问题以及相应的技术改进措施。

关键词：手动密闭蝶阀 四连杆机构 曲杆-滑槽机构 技术改进

0 引言

蝶阀是以固定在旋转轴上的阀板作启闭件，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，在蝶阀阀体通道内，蝶板绕着轴线旋转，旋转角度为0°～90°之间。上世纪30年代，美国发明了蝶阀，到60年代在日本普遍采用，而在我国推广则是70年代后的事了。普通蝶阀具有如下特点：结构简单，只由少数几个零件组成，材料耗用节省；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。

1 手动密闭蝶阀的发展进程和现状

由于传统的蝶阀特有的结构特点，使得蝶阀在众多领域内都有广泛应用。蝶阀处于完全开启位置时，蝶板厚度是介质流经阀体的唯一阻力，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。目前世界上一般在DN300毫米以上蝶阀已逐渐代替了闸阀。蝶阀与闸阀相比有开闭时间短，操作力矩小，安装空间小和重量轻的优点。以DN1000为例，蝶阀约2T，而闸阀约3.5T，且蝶阀易与各种驱动装置组合，有良好的耐久性和可靠性。随着应用领域的不断广泛，蝶阀的公称通径的范围也随之增大，以往单纯的把阀板固定在阀杆上，以阀杆为中心轴旋转的结构形式已经不能适应当前的形势。当把四连杆机构引入到蝶阀的结构设计中后，巧妙地利用四连杆机构的几何学特点，实现了阀板在有限空间内的旋转、启闭动作，在一定程度上解决了单纯靠“增强”阀杆、阀板来满足使用要求的矛盾。

2 手动密闭蝶阀在工程应用中存在的问题

任何事物的出现和发展是不以人们的意志为转移的，在蝶阀的阀板驱动形式采用了四连杆机构之后，确实解决了许多矛盾，在一定程度上拓宽了蝶阀的应用领域。但就目前采用这种机构的蝶阀来说，仍存在一些不利的因素，制约了此类蝶阀的应用和发展。

2.1 阀门以四连杆机构作为阀板启闭的主传动机构，其各构件的加工误差和装配误差的累积，以及调整过程的操作不当，导致阀门运转协调性差，阀板启闭转动不平稳，密闭不严。由于各构件连接处存在一定的间隙，以实现相对转动，但各处间隙的累加会影响整个机构的运动准确性，造成阀板在任意位置定位不稳，出现微小颤动，从而引起管路中气流的不稳定和压力波动。

2.2 流量系数是衡量阀门流通能力的重要指标，它随阀门的尺寸、形式、结构而变化，而与之紧密关联的另一指标是阀门的流阻系数，可以认为，阀门腔体内的每个元件都可以看作为一个产生阻力的元件系统(流体转弯、扩大、缩小、再转弯等)，所以，阀门内的压力损失约等于阀门各个元件压力损失的总和。四连杆机构为了保证阀板的刚性、强度以及动作的平稳性，无法避免的要设置于阀门腔体内部，而且有一定的抗冲击、抗扭转能力，这就注定机构要具备一定的规格尺寸，占据一定的空间位置，于是造成了流体压力损失的增大，引起手动密闭蝶阀流量系数的降低和流阻系数的增大。

2.3 随着阀门通径的增大和阀板尺寸的变大，以往结构形式的阀板的刚性已经不能满足使用要求，采用四连杆机构后，阀门手动装置的力矩可以很好的传递到阀板的启闭动作中，但在阀门的关闭过程中，随着扭矩的不断增大，阀板容易出现变形，不能很好地与阀座密封面贴合并压缩密封垫，从而导致密闭失败。

3 手动密闭蝶阀的技术改进

从发明到现在，蝶阀经历近一个世纪，以其结构简单，材料耗用省，体积小，操作简便、迅速等诸多优点，被众多领域广泛接受。随着现代工业的发展，蝶阀也在不断的进行技术改进，以满足更广泛的工程应用。下面对蝶阀在工程应用中遇到的问题，进行探讨和分析，并针对上述问题提出相应的解决方案和改进措施。

3.1 为了提高机构的运动精度和控制机构运动误差，我们对四连杆机构进行简化和改进。采用以主传动轴通过曲杆带动阀板作主运动，再以阀体上的直线滑槽通过固定在阀板上的滑轴来约束阀板上另一定点，从而实现阀板的翻转、定位等辅助运动，如图所示。曲杆—滑槽机构的采用，解决了以往机构复杂、零部件多、加工量大的问题，降低了各构件之间的累积误差，提高了阀板运动的平稳性和运动精度。

3.2 流量系数是衡量阀门流通能力的重要指标，流量系数值越大说明流体流经阀门时压力损失越小。以往小通径的蝶阀，以蝶板绕主轴旋转的简单动作来实现阀门的启闭，蝶阀处于完全开启的位置时，蝶板厚度是介质流经阀体的唯一阻力。然而，四连杆机构的采用在保证阀板动作的同时，却降低了蝶阀的流量系数。机构各构件的存在减小了有限的阀腔空间，使介质流经阀体的压力损失在阀板厚度的因素的基础上进一步增大，削弱了蝶阀原有的流量系数高，压力损失小的优越性。当以曲杆—滑槽机构作为阀板的传动方式后，避免了原来复杂机构构件多、节点多、阻力大的缺陷，并且把个别构件隐藏到阀体的滑槽内，较大程度地减少了构件对介质压力损失的影响。

3.3 提高构件的刚性通常有两种方法：①增加构件的组成材料，加大构件的壁厚；②改善构件的结构形式，并合理布置加强筋板。具体到增强密闭蝶阀的阀板的刚性，考虑到阀板经常启闭，要求灵活轻便，同时要减少用料、降低成本，所以第一种措施可行性不大，需要从改进结构形式的角度出发，采取以下措施：①改进阀板结构，阀板由原来的整体弯折后焊接，改为四周围板加工后，再与盖板焊接，并把围板厚度单独加大；②阀板的加强筋板由原来的纵横交错的“丰”字形状，改为由中心向四周辐射的“米”字形状，通过合理布置筋板最大程度地增强阀板的刚性。