偏心蝶阀专利技术分析

田家艳+王峥+孙巍

摘 要： 本专利技术分析在专利检索、数据分析的基础上，从偏心蝶阀在国内外专利申请量以及输出国专利申请量进行分析，并对三偏心蝶阀的密封副进行了重点技术分析。为今后偏心蝶阀的发展提出了建议。

关键词： 偏心；蝶阀；密封

1.研究背景

国外在上个世纪 30 年代发明了蝶阀，到70 年代后才推广到我国，蝶阀在早期因为密封效果不好，只能作为结构简单的调节阀。但随着科学技术的不断发展，蝶阀才演变成能密封的产品。蝶阀的卓越性能与其自身不断地改进、演变、发展密切相关，为满足各种工况要求，蝶阀经历了从中心对称蝶阀、单偏心蝶阀、双偏心蝶閥及三偏心蝶阀的演变[1]。偏心蝶阀，尤其是三偏心蝶阀，使得阀门具备了极佳的力学和密封特性，得到了各领域的青睐。

2.偏心蝶阀的专利技术分析

为了研究偏心阀门专利技术的发展情况，通过专利检索系统对1968 -2017年的国内外专利申请量进行统计分析，通过筛选去噪，分析结果如图1所示。

国内偏心蝶阀相关的专利申请量总体呈上升趋势，可划分为以下三个阶段：①技术起步期（1985-1999），专利申请量较少，偏心蝶阀技术在上世纪80年代进入中国，这一时期偏心蝶阀技术刚刚兴起，处于起步阶段；②初步发展期（2000-2005）：专利申请量较上一时期呈稳步增长，此时，偏心蝶阀技术进入发展阶段；③快速发展期（2006-2015）：专利申请量呈现大幅度上升趋势，偏心蝶阀技术在国内得到快速发展。从数据获取的准确性来说，由于专利从申请到公开/公告需要一定的审查周期，许多专利仍处于未公布状态，因此2015-2017数据并不能准确代表实际的专利申请量。

国外偏心蝶阀相关专利申请量整体上比较平稳，可划分为以下三个阶段：①技术起步期（1968-1988），专利申请量较少，处于技术起步阶段；②快速发展期（1989-2002），专利申请量呈上升趋势，偏心蝶阀技术得到快速发展；③技术成熟期（2003-2015），专利申请量呈稳步减小趋势，偏心蝶阀技术已趋于成熟，专利申请量有所下降。

偏心蝶阀国内外专利申请量的趋势有所差异，这很大程度上取决于偏心蝶阀在国内外研究及技术发展的差异，国外在偏心蝶阀的研究上要早于国内，在2003年以前，国外申请量也多于国内申请量，可见我国偏心蝶阀技术的初步发展期正值偏心蝶阀技术在国外发展的鼎盛时期，在2005年以后，国外偏心蝶阀技术趋于成熟，申请量呈下降趋势，而国内进入技术成熟期，专利申请量呈现大幅度上升趋势，偏心蝶阀技术在国内得到快速发展。

3.重点技术分析

三偏心蝶阀比其他蝶阀更耐高温、启闭力矩更小、密封性能更高，随着阀门性能要求日益增加，三偏心蝶阀的研究和开发具有广阔的市场前景。而密封副的研究是三偏心蝶阀的研究重点，一般为软密封和硬密封两种[2]。

3.1 软密封

软密封蝶阀密封副的一侧为不锈钢材质，一侧为橡胶材质。橡胶密封圈可以固定在蝶板边缘上，也可以镶嵌在阀体上。阀安格水处理系统（太仓）有限公司（CN102330823A）提出了“一种三偏心软密封蝶阀”，橡胶密封圈通过保持架固定在蝶板上，密封圈两侧与蝶板、保持架之间留有间隙，实现双向密封，密封副在阀门操作过程中基本无擦伤，使用寿命长，适于恶劣工况以及密封圈不易更换的场合。

3.2 硬密封

硬密封又称金属密封，金属密封蝶阀由于密封件的弹性较小，特别是用三维偏心结构较为理想。硬密封具有三项补偿措施：

l）弹性补偿：密封圈是一种弹性金属密封圈，具有很好的弹性补偿功能，起到消除间隙的作用。邱慧鹏（CN201535362U）提出了“三偏心硬密封蝶阀”，密封副为阀板上的阀板口与固定在阀体上的弹性密封圈密封配合，形成面接触的硬密封蝶阀，弹性密封圈的设计，具有很好的补偿功能，能够起到消除间隙的作用。

2）位移补偿：密封圈装在蝶板的密封槽内可以在一定范围内滑移，进行位置补偿。方正阀门集团（温州）机械制造有限公司（CN104989832A）提出了“具有双向密封功能的蝶阀”，设置增加密封圈回弹力的补偿装置，能够保证密封圈与阀座倾斜部紧密抵触，双向密封可靠。

3）压力补偿：将压力介质引入密封圈后面，使得金属弹性密封圈始终受到一向外的张力，从而增大密封圈密封比压使密封更严密，实现压力补偿。金志渊（CN1773150A）提出“浮动可调式双向金属硬密封蝶阀”，介质压力通过环形间隙C提高密封比压。在正反向工作状态介质压力都自动调节阀门密封副的密封比压，提高正反向工作状态下的密封可靠性。

4.结论

偏心蝶阀尤其是三偏心蝶阀作为应用广泛的阀门，其在工程上具有重要的作用，但很多重要工程上所用的三偏心蝶阀还依赖进口，虽然目前国内的三偏心蝶阀的专利申请量已呈领先趋势，但是国内三偏心蝶阀的密封能力和使用寿命上与国外的蝶阀还存在一定差距，国内三偏心蝶阀在密封能力和使用寿命上亟待提高，随着流体动力学、现代控制理论、数值算法、结构分析理论、计算机技术等相关学科的发展，三偏心蝶阀的研究会更加深入，而在三偏心蝶阀设计阶段的仿真准确度越来越高，更有利于国内三偏心蝶阀的密封能力和使用寿命的提高。■

参考文献

[1]张圆圆.大型火电机组用给水泵汽轮机大口径排气蝶阀设计[D].兰州理工大学.2017

[2]何维华.供水管网常用管材和阀门[M].北京：中国建筑工业出版社， 2011.06