4.3.1蝶形控制阀介绍
虽然蝶阀自1930年就已经问世,它主要用作开-关隔断阀,知道过去的20年才开流用于节流操作。在随后的1970年蝶阀结构进行改进,不仅使它用于更多的节流工况,并且也使它在某些工况中由于截止阀。这种截止控制阀和开关隔断阀的差别在于其名称为高性能蝶阀。在简单的术语中,高性能蝶阀是一个1/4旋转(0°~90°)的选择运动阀,它采用一个旋转圆形阀盘作为调节元件。典型地,蝶阀控制阀可用于尺寸由2in到8in(DN50到DN200),压力为ANSI150级到600级(PN16到PN100);10in到12in(DN250到DN300),压力为ANSI150级到300级(PN16到PN40);14in到36in(DN350到DN900),压力为ANSI150级(PN16)。
当阀门全部开启,阀盘实际上已深入到管线本身之内,而使蝶阀不同于其他阀门结构。蝶阀阀体与其他类型阀门相比较,它具有很窄小的面对面尺寸,使得阀体能在两个法兰之间安装,而不需要特殊的端部连接。这种类型的不知被叫做螺栓直通连接,并仅限使用一定的螺栓长度。如果螺栓长度过长,螺栓将遭受工艺介质或外部火灾的热膨胀而导致泄漏。
最初蝶形控制阀被设计成为自动开-关隔断阀,然而随着近来改进成为旋转阀执行机构和阀体组合件,现在利用附加的执行机构或执行机构系统,它们能够用于节流工况。如3.4节中箱数,蝶阀家族可分为两组:同心蝶阀和偏心蝶阀。通信蝶阀正常用于开-关隔断工况,它采用一个与阀体中心统一直线上的简单的阀盘。一般地,通信蝶阀由铸铁或其他便宜的金属制造,并内衬以橡胶或聚合物。因为其性能较低,它们京城配备手动操纵器。在某些情况下,如节流工况,手动操纵器将更换为执行机构系统。在大多数情况下,简单的同心蝶阀严格地用于开-关操作。甚至用于节流操作时它们本身也不配备自动控制,而其他专门为节流控制的结构则配备有自动控制。这是因为同心蝶阀最初是为开-关隔断操作而言就开发的。同心蝶阀有交叉的幅度变化范围,而节流专用蝶阀具有改进后的结构,使得在整个行程内有较佳的流量控制。
偏心蝶阀是专门为高功能节流工况设计的阀,采用一个偏离阀体中心的阀盘。同时作为看那个支付的大多数蝶阀的特征是偏心蝶阀。在很大程度上,蝶阀使用普通阀门材料,例如碳钢、不锈钢或合金钢。当配备执行机构和定位器时,它比已经自动的同心蝶阀精密很多。
与其他节流阀相比,有许多理由可知偏心蝶阀是今天发展最快的控制阀类型之一。因为涉及到由直线机械运动转换成旋转运动所带来的非线性问题,截止阀在高压力降工况下较蝶阀更为精确。但是在今天,通过蝶阀的控制,在许多低压力降工况和其他标准的操作中更能满足要求。
与截止控制阀相比,蝶阀的尺寸较小和质量较轻,因为对方阀体组合件质量是任何科比阀重的40%~80%,并且重量小于截止阀体组合件的一半。此外,蝶阀通常可采用较小的执行机构,因为调节元件的质量在分析执行机构力中不是一个决定性因素。当尺寸变大时,蝶形控制阀和截止控制阀之间的调节元件之间的质量差别更为明显,如表4.1。这意味着蝶阀在有限空间和考虑阀门质量的情况下是有限采用的。
使用蝶形控制阀的另一主要优点就是尺寸相同时,它有较大的流动系数,较可比的截止阀能通过较大的流量。因为蝶阀的轴是由选择运动代替直线运动,摩擦力远远低于直线运动阀,因为需要一个较小的推力而可使用较小的执行机构。蝶阀本质上具有高的压力回复系数(7.2.9节),这个系数用于预测发生在首先所断面和阀出口之间的压力恢复。蝶阀回复压力降的能力受到薄片型阀体的集合形状、阀门最大流量能力和对空穴或阻塞的操作能力等影响。总之,具有高的压力回复能力的蝶阀,在低压力降工况下工作得特别好。
使用蝶阀的最大缺点是因为它的高的压力恢复能力,它经常诶限制用于低压力降操作。虽然蝶阀在正常情况下不发生闪蒸,但安装在高压力降工况上的蝶阀很容易产生空穴和阻塞物流。虽然可以设置某些特殊抗空穴设施去处理空穴,但用户仍优先选用截止阀处理空穴,这是因为截止阀的结果具有抗空穴的多种功能。另外一个缺点是蝶阀有一个由20到1的由差到好的幅度变化范围,这是因为阀盘较难在接近阀座环时保持在一个位置所致。工艺压力作用在蝶阀盘上产生明显的侧向荷载,但是可使用较大直径的轴来补救。蝶形控制阀的另一缺点是增加之后现象和由执行机构的直线运动由机械转换成调节元件需要的旋转运动时所造成的非线性区。阀门制造厂曾利用华健配合的轴,或其他安全连接件以减少此问题,但截止阀可用直线运动避免此问题。因为旋转调节元件的限制,蝶阀尺寸限制在2in(DN50)或更大。因为侧向载荷作用在阀盘上,高性能蝶阀的最大尺寸可达到36in(DN900)。