潘益茅 洪卫 钟家富 宋吉利

摘要：在我国煤化工产业不断发展的背景下，高温高压阀门的使用工况在不断增加，而三偏心硬密封蝶阀的综合效益相对较高。深入研究高温高压三偏心蝶阀的研发设计要求，掌握在高温高压三偏心蝶阀研发过程中必须关注的重点问题。同时需要加强高温高压三偏心蝶阀的扭矩计算工作。可以为高温高压三偏心蝶阀的创新发展提供一定参考，促进三偏心蝶阀地进一步发展。

关键词：三偏心蝶阀;高温高压;研发要点;应用要点

前言

在煤化工生产过程中，对三偏心蝶阀的应用越来越普遍。尤其是为了能够满足不同的工况需求，蝶阀在不断演化和发展。为了充分发挥高温高压三偏心蝶阀在煤化工产业应用中的优势，需要根据当前高温高压三偏心蝶阀产品标准和在高温高压状况工况下必须考虑的各种因素，促进高温高压三偏心蝶阀的研发。这对推动我国重大装备制造业的发展也有重要意义。

一、三偏心蝶阀特点与结构

三偏心蝶阀是温度为425摄氏度以下的可以在化工生产、冶金以及电力等不同工艺管道上应用的设备，其主要作用是对流量进行调节，同时可以截断流体。一般情况下，三偏心蝶阀是以铸铁、铸钢、不锈钢材质为主，三偏心蝶阀的主要特点表现在以下方面：第一，具有双重的安全构造。一般三偏心蝶阀在生产制造时，为了防止受流体压力温度的影响出现变形、错位、密封面咬合等问题，会在底板上下安装独立的止推环，确保阀门在任何工况下都可以正常运行。同时为了有效防止阀杆破损飞出而产生的突发事故，还会在阀门的下端内外两处设计独立的阀杆飞出防止机构也能够确保蝶阀在高温高压状态下的安全性。第二，无死区设计。在三偏心蝶阀设计过程中，对调控领域的具体应用情况充分考虑，可以充分发挥三偏心蝶阀的密封原理。在阀门开关时，可以防止蝶板刮擦损伤，确保阀杆的扭矩通过蝶板可以传递到密封面，能够避免打开不同阀门时导致的跳跃问题。同时可以解决在阀门低开度范围内，因为摩擦而产生的不安定因素。这代表着在三偏心蝶阀应用过程中，从0开度开始就能够进入可调控的区域，一直到90开度，其正常调控比一般蝶阀的两倍以上。将其用作调控阀可以创造更加良好的条件，尤其是在大口径截止阀应用过程中具有较强的经济效益和安全效益。第三，本体阀座构造。三偏心蝶阀的阀座是以本体阀座构造为主，将阀座直接安装在本体上，能够减少阀座与介质接受接触的机会，降低阀座受冲蚀的影响。从而延长阀座的使用寿命和应用性能。第四，高密封填料结构。三偏心蝶阀属于回转型的阀门，阀杆动作仅为90度回转。这与闸阀、截止阀等阀杆动作相比。填料部分的受磨损程度比较低，使用寿命相对较长，并且在材料密封时能够防止外部泄漏[1]。

二、高温高压三偏心蝶阀的研发中需要关注的问题

（一）高压工况下的产品标准

对高压高温三偏心蝶阀进行研发的过程中，需要以三偏心蝶阀的具体标准为基础，探讨其在高温高压状态下的应用需求。我国现有的国家标准中与研发相关的规定中对阀门的一般要求与美国的相应标准相接近。在对高温高压三偏心蝶阀进行研发的过程中，需要确保蝶阀的工程压力在PN5.0MPa以上。按照这一标准对三偏心蝶阀进行研发可以提高我国三偏心蝶阀的研发水平。但是对这一标准下的三偏心蝶阀进行研发的过程中，会对企业会造成一定困难。主要是因为我国并没有相应的国家标准，在研发时存在无标准可依的情况。同时在产品研发过程，如果研发的产品与国家将来出台的标准不符合，可能会造成经济损失。因此，这是在高温高压三偏心蝶阀研究和生产过程中必须关注的重点内容。

（二）轴与轴承间隙

在高温工况下需要考虑轴与轴承之间的间隙问题，这是提高高温高压三偏心蝶阀应用水平的重要基础。轴与轴承之间的间隙至关重要，会对阀门的开关性能产生直接影响。因为阀体的体积相对较大，在局部温度升高的过程中，短时间的膨胀效果并不明明显，可能会出现膨胀受限的问题。因此，轴承的膨胀空间受阀体的膨胀限制相对较大，不能认为轴承是充分膨胀的。甚至在研发过程中，如果轴承外部受到一定限制，可能会向内膨胀导致内孔出现畸形。为了对这种问题进行有效解决，可以将轴承加工成开口的C形结构，如果轴承内壁堆焊硬质合金，轴承的内孔膨胀系数必须要以硬质合金的膨胀系数为基础进行计算[2]。此外，一般高温三偏心蝶阀前后轴承都需要以外置方式设计，这种设计方式可以防止阀杆和阀体的金属材料在高温条件下膨胀，导致阀杆直径增加，轴孔直径缩小引发的閥杆与阀体轴孔摩擦力增大问题，能够避免旋转扭矩增加和传动件卡死。

为了确保在高温工况下三偏心蝶阀的轴与轴承径向间隙和合适，在高温下的间隙通常会比常温下的间隙更大。例如DN1300mm的轴向设计中，如果温度在400℃以上，为了保证间隙标准，在常温下的间隙要达到0.6毫米以上。在常温环境下做实验时，阀板的单侧受压后，轴会完全偏向另一侧。对于阀座和阀板密封圈的位置也会产生影响。因此，在研发过程中需要对消除侧向移位的影响。一般情况下轴的热变形量计算采取的公式为以下两个：

其中为α轴材料线膨胀系数;表示的是温度变化值。

（三）密封面堆焊

在对三偏心蝶阀的密封线进行处理的过程中，需要利用有效的硬化措施，尤其是在高温高压工况下的三偏心蝶阀研发过程中，要特别注意其使用工况的具体要求。因为三偏心蝶阀是金属对金属的硬密封性结构，在阀门关闭时接触面必须要保持密封比压。在高温工况下，普通不锈钢的强度会大幅度下降，如果没有对表面进行硬化处理，会导致接触面出现屈服受损问题而影响密封效果。因此，为了保证密封效果以及密封寿命，要加强密封面的硬化处理工作。例如利用堆焊硬质合金或者热喷涂硬质材料等都能够达到硬化处理要求。目前，在对密封面进行处理时，比较常用的措施是利用堆焊进行硬化处理。可以将司太立合金应用在密封面堆焊过程中。司太立合金在高温状态下具有较强的硬度和强度，加工性能比较优良，是目前应用比较良好的堆焊材料。在实际堆焊时还要充分考虑阀板密封圈和阀体密封圈部位，可以利用不同牌号的硬质合金材料完成堆焊作业，确保两者之间有一定的硬度差，防止相同材料咬住，可以提高密封效果[3]。

（四）轴的轴向膨胀与阀板位移

通常情况下，轴与阀板之间需要利用销钉、键等进行连接，轴带动阀板可以完成开关动作。完成轴安装作业后，轴向是不可以浮动的，但是在高温状况下，轴的热膨胀量比较大，轴会明显向一侧位移。在这种情况下会导致轴带动阀板移动，从而使阀门卡死或者销钉受剪切损坏。为了确保阀门处于正常的开关状态，必须对阀门的轴向位置进行充分考虑。对高温高压三偏心蝶阀进行研发时，可以利用键对轴和阀板进行连接，防止轴的热膨胀影响阀门的左右窜动。与此同时，还要在阀板组件的两头设置蝶形弹簧，进一步确保阀板组件的稳定性，使其始终处于阀门的中心位置，在轴出现轴向膨胀时，可以有效防止阀门移位。

三、高温高压三偏心蝶阀的扭矩计算

在对高温高压三偏心蝶阀进行研发时，还要注意考虑其扭矩计算问题。因為三偏心蝶阀的密封圈受力情况相对复杂，再加上在加工制造过程中，其具体的精度会对生产结果产生巨大影响。在这种情况下需要加强三偏心蝶阀轴扭矩计算工作。通常情况下，三偏心蝶阀受到的扭矩主要包括填料摩擦力矩、轴承摩擦力矩、阀瓣偏心距导致的流体不平衡力矩、阀瓣密封面作用力形成的密封力矩、流体流动形成的动力矩等。这五个方面的力矩不一定同时存在，例如在阀门关闭时动力矩不存在，密封力矩在阀门开启时也不存在。除了填料摩擦力矩处于稳定状态之外，其他的力矩都是随着阀门开度的变化而变化的。在力矩计算的过程中，需要根据流体工况的具体情况和对阀门功能的要求，对力矩结果进行科学计算。这样才能够确保三偏心蝶阀执行机构研发的合理性。要注意在三偏心蝶阀执行机构配置时保证其功能的可靠性。因为阀门轴的规格和材料以及密封面结构和材料等会对阀门的运行产生影响，执行机构的输出力太大或者太小等都会对阀门的可靠性产生影响。力矩太大会导致密封面损坏;力矩太小会使阀门不能精确定位。此外，还要考虑到三偏心蝶阀的研发过程中的经济性和操作方便性，提高三偏心蝶阀的应用效益[4]。

四、结语

综上所述，根据三偏心蝶阀的具体特点对高温高压工况下三偏心蝶阀的研发要点进行全面掌握，可以在一定程度上提高三偏心蝶阀的应用水平。完成高温高压三偏心蝶阀研发工作后，将其应用在实际生产过程中，探讨其具体的应用情况。根据综合对比发现高温高压三偏心蝶阀的相关技术指标已经能够达到国际领先水平，特别是高温高压大口径系列的三偏心蝶阀在工艺条件比较苛刻的煤化工厂具有突出的应用效益。

参考文献：

[1]李霆，郁正涛，张杰，等. 高温三偏心蝶阀材料的选择[J]. 通用机械，2019，No.206（08）：45-47.

[2]张玉彩. 论高温高压金属硬密封三偏心蝶阀性能特点与制造[J]. 中国机械，2019（16）：110-110.

[3]江力. 三偏心蝶阀的结构设计及优化要点[J]. 科技与创新，2019，000（024）：P.96-96.

[4]杨玲玲，张建斌. 三偏心金属密封蝶阀密封结构的改进设计[J]. 中国设备工程，2019，000（004）：72-73.