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摘要：对蝶阀设计应注意的流阻、强度、刚度和结构等问题进行了论述，对蝶阀选用时应考虑的温度、压力、密封及材料等问题提出了建议。
关键词：蝶阀；设计；选用；
1 概述
蝶阀是给水排水管路系统中的一个重要装置随着工业技术的进步，对蝶阀的结构及性能提出了不同的要求。因此，在设计及选用时应根据工况条件，对其类型、材料和连接形式等做出合理的选择。
2 设计
2.1 结构
蝶阀的关闭件（蝶板）在介质中间，设计时应考虑其对流阻的影响。
- 关于大口径蝶阀蝶板的结构，AWWA C504（美国给水工程协会标准）规定，蝶板不应有横向筋，其厚度不得大于阀杆直径的 2.25 倍。
- 蝶板的迎水面和出水面应呈流线型。
- 内部螺钉不能凸出在蝶板外面，以免增加迎水面积。
国外某公司生产的蝶阀为了减小流阻将蝶板做成铁饼形，也有公司将小型蝶阀蝶板做得很薄，而水电管网上用的蝶阀在全开位置时蝶板有导流件，都是为了减小流阻。我国 JB/T 53171-1999 标准也将国际标准 ISO/TC 153/SC1GT8-37的流阻和流量系数（见《表 1》）列入其中，这说明流阻是一个重要指标。
|
公称通径 DN mm |
公称压力 PN/MPa | |||
|---|---|---|---|---|
| 小于 16 | 20.25 | |||
| C (Kv) | K (ξ) | C (Kv) | K (ξ) | |
| 40 | 50 | 64 | 40 | 2.56 |
| 50 | 80 | 1.33 | 45 | 2.37 |
| 65 | 150 | 1.27 | 120 | 1.98 |
| 80 | 250 | 1.05 | 200 | 1.64 |
| 100 | 400 | 1.00 | 300 | 1.78 |
| 125 | 650 | 0.92 | 450 | 1.93 |
| 150 | 1000 | 0.81 | 800 | 1.26 |
| 200 | 1900 | 0.71 | 1500 | 1.14 |
| 250 | 3100 | 0365 | 2500 | 1.00 |
| 300 | 4700 | 0.59 | 3600 | 1.00 |
| 350 | 6700 | 0.53 | 5400 | 0.82 |
| 400 | 9000 | 0.51 | 7000 | 0.84 |
| 450 | 11500 | 0.50 | 9500 | 0.73 |
| 500 | 14000 | 0.50 | 12000 | 0.69 |
| 600 | 21000 | 0.47 | 18000 | 0.64 |
| 700 | 30000 | 0.43 | 25000 | 0.61 |
| 800 | 41000 | 0.39 | 35000 | 0.53 |
| 900 | 53000 | 0.37 | 46000 | 0.50 |
| 1000 | 67000 | 0.35 | 58000 | 0.48 |
| 1200 | 100000 | 0.35 | 87000 | 0.44 |
2.2 橡胶密封圈
有时橡胶蝶阀使用寿命较短，这与橡胶质量及密封面宽度有关。橡胶密封蝶阀的密封圈应选用优质的橡胶材料制造，在压制成型时应遵守工艺规程，不能任意提高硫化温度，缩短时间，否则容易造成密封圈老化和开裂。与橡胶密封圈配合的金属密封面应有足够的宽度，否则橡胶密封圈不易嵌入。另外，阀体及蝶板的形位公差、对称度、精度、光洁度、密封圈的压弹量等也影响橡胶密封圈的使用寿命。
2.3 刚度
刚度是蝶阀设计中的重要问题，它与蝶板、阀轴及连接等因素有关。
（1）阀轴尺寸 AWWA C504 中规定了阀轴尺寸。阀轴尺寸达不到要求，可能出现刚度不够，反向密封泄漏，开启力矩大等现象。轴的刚度与 1/EI 有关，也就是说要提高刚度减小变形问题应该从提高 EI 着手。E 是弹性模量，一般钢材差别不大，选用好的材料对刚度影响不大。I 是惯性矩，与轴的截面尺寸有关。阀轴的尺寸一般按弯扭合成计算，它不仅与扭矩有关，而且主要与弯矩有关，尤其大口径蝶阀弯矩比扭矩大得多。
（2）轴孔配合 AWWA C504的旧版本中规定，蝶阀轴是一根直通的整轴。1980 版本以后，提出可以做成两段短轴。AWWA C504及 GB12238 规定，轴与孔的嵌入长度应为 1.5d。日本蝶阀轴向尺寸中阀体内边缘与蝶板支承端之间的间隙（C 值）给出规定，一般与口径大小有关，在 25~45mm 之间，也就是尽量减小轴支承间的距离（C 值），从而减小轴的弯矩和变形。
（3）蝶板结构 蝶板结构形式与刚度有直接关系，因此除平板形外多做成锅形或桁架形。总之是为了增大断面的惯性矩，以提高刚度。
（4）阀体结构 大口径蝶阀阀体设计中也存在刚度问题。一般有圈筋和横筋，实际上横筋只是增加稳定性，不宜太多，主要是圈筋。如果能加∩形筋则对刚度更有利，但存在工艺性差的问题。
2.4 自润滑轴承
蝶板上所受介质压力大部或全部（反向）是通过轴传递到轴承上去的，因此轴承起到非常重要的作用。国外蝶阀有的转动很轻巧，小口径阀门一个手指都能转动，而国产蝶阀有的转动却很沉重，这除了与同轴度、对称度、加工精度、光洁度和填料的质量有关之外，很重要的一个因素就是轴套材料的润滑性。AWWA C504 标准提出，阀体中安装的轴套或轴承应属于自润滑材料，轴套存在减磨润滑问题，不允许锈蚀。没有轴套，即使阀轴是不锈钢，阀体也有锈蚀及胶合粘着问题。采用轴套还可以增加刚性。
2.5 轴与蝶板的连接
小口径蝶阀的轴与蝶板采用键或花键连接为宜，也可以采用多边形轴连接或销钉连接，大口径蝶阀的轴与蝶板多采用键或锥销等连接。目前轴与蝶板采用销连接的比较多。在恶劣的工况条件下连接销有损坏现象，这主要是由于制造的原因，其中吻合精度不好，销子尺寸选择不合适，销子硬度不够或采用材料不合适等应引起注意。大型蝶阀的轴与蝶板可采用特殊的方法进行连接。
2.6 结构长度
蝶阀的结构长度向短系列发展，但这样的做法要慎重。因为结构长度太短对强度有影响。国际标准对法兰蝶阀短系列结构长度做出了规定，但是压力较高的阀门结构长度不宜改短，否则会出问题，尤其是铸铁等脆性材料。
3 选用
3.1 类型
蝶阀有单偏心、斜板式、中线型、双偏心和三偏心等不同结构。介质压力通过蝶板作用在阀轴及轴承上，因此在高压小口径流阻很大时，其轴径和蝶板厚度都相应增加，如果采用闸阀和球阀或截止阀，从密封及流阻等方面分析比采用蝶阀合适。
近几年来，在水系统中软密封闸阀的出现改善了闸阀容易沉淀泥沙的缺点，其流阻比较小，可以在线维修，用于中小口径非常合适，因此逐渐得到了应用。
3.2 密封副
金属密封蝶阀的主要优点是密封可靠、寿命长、耐高温，不易损坏和撕裂，承压能力高。因此近些年来应用较多，尤其用于工程系统的关键部位。橡胶软密封蝶阀如果设计制造优良可以得到很好的密封，而且大口径容易做到在线换圈。但是橡胶存在老化问题，只能用于温度不高的工况条件下，因此广泛应用在自来水及供水系统。
国外金属密封蝶阀也用于火电厂的泵站、凝汽器、抽汽系统及换热系统，核电站还用于压力壳隔离、喷淋系统及盐水等，石油精练系统中的储油隔离、蒸汽供给阀、脱硫系统和尾气处理、热裂解及催化单元中。还有石油化工厂、深冷、浆液和造纸等系统。
对于中温中压工况选用金属密封蝶阀较好。对于要求阀门可靠性高，寿命长，长期不宜更换的地方，也应该选用金属密封蝶阀。
对用于常温水的阀门，如果不是要求很高，长期不更换或更换不方便的地方，则宜采用软密封结构的蝶阀。如果橡胶质量能够保证，水用大口径蝶阀仍应以橡胶阀座蝶阀为主。
4 结语
新工艺及新材料的不断出现，将提高蝶阀的结构性能，扩大蝶阀的使用范围，并对蝶阀的设计和选用提出更新的要求。