4.3.2 蝶形控制阀设计
典型地蝶阀是两种类型之一,薄片型阀体(有时也成为无法兰阀体)是一个平的阀体,它的面对面尺寸很小,约等于两倍所需的壁厚加上填料盒的宽度(图4.20),在此尺寸内,阀盘在关闭位置,必须使阀座和阀体在流动部分内相适应。因为薄片型阀体具有很小的面对面尺寸,用直通螺栓连接二个管线接头法兰是可行的,而不必害怕热膨胀导致的泄漏。薄片型阀体通常用于12in(DN300)以下的小尺寸。当预期有较大程度的热膨胀时,或调节元件在薄片型阀体内不能配合时,则采用另一种提醒就是带法兰阀体,它用于较大的蝶形阀[14in(DN350)或更大],并需要一个较大的面对面尺寸(图4.21)。带法兰的阀体上游与标准管线法兰相匹配的整体法兰,如图4.22所示。另外一种阀体型是凸耳式阀体,蝶形阀体上游以整体法兰,此法兰具有与管线法兰统一模式的孔。每个孔自每一个方向带有锥度并在孔的中心线上相遇。这种布置时的阀体位于两个法兰之间。然后通过管线法兰将双头螺栓插入阀体整体法兰。在确信双头螺栓已拧入整体法兰后,双头螺栓拧上螺母将管线法兰固定在阀体上。凸耳式阀体用于不能采用直通螺栓的工况,例如热膨胀,或不允许使用两个整体法兰的较小尺寸的阀门。
蝶阀阀体的密封面经常是齿形的,用以固定和确保管线和阀门之间法兰垫片的位置,蝶阀的内径尺寸接近于管线内径,它可允许较高的流率及直线通过流动。垂直于阀流动面积的是轴孔,它是由两侧钻孔的。由一侧钻孔而不发生偏移或不使用长钻头是很困难的。
蝶形阀的调节元件叫做阀盘,它旋转进入阀座。阀盘是一个圆形而平坦的元件,它安装在旋转轴上(通常使用带锥度的销)。当轴旋转,阀盘在0°位置关闭,在90°处全部开启。如果在阀盘上的准确中心线上,轴被安装在阀盘上,它就是已知的同心阀盘。当阀盘偏离垂直线和水平线两者时(见图3.14),它被认为是偏心凸轮阀盘。
阀盘设计成当工艺介质通过阀门移动式,要减少物流干扰。轻微的角度和圆形表面是普通阀盖结构的特征。当关闭时平面的一侧(面向阀座)叫做“面”,而相反的一侧叫做背侧。这个面设计成有些轻微的中凹(共性),所以在开启流动位置处可得到最大的流量。而在背侧,有时会配备有阀盘制动器,它和阀体的流动面积内的相似制动器相配。制动器可防止阀门的国度形成。过度形成会导致阀盘驱动阀座,使阀座产生不可挽救的破坏。阀座周围沿着阀体流动面积的整个内径环绕,并且安装在阀体的一端。如果阀座使用的是聚合物,它叫做软阀座;当使用弹性金属作阀座表面,它叫做金属阀座。阀座安装在阀体的端部,并被阀座支持架保持就位,使用螺钉或压紧配合保持阀座和支持架就位。在阀座和支持架就位之后,支持架的面通常与阀体的面对齐。在某些结构中,阀体支持架略微自阀体面伸出,在阀体安装在管线上时,使垫片压缩。
阀盘采用一个或更多的斜销将阀盘安装在轴上。轴被位于轴两端的紧配合导向器所制成(有时叫轴承),阀盘安装在轴孔上,以防止轴和阀盘的侧向运动,侧向运动将导致轴线不重合。止推垫圈也可防御阀盘两端并位于阀盘和阀体之间,以保持阀盘和阀座的严格轴线对中。
偏心蝶形控制阀有许多不同的弹性阀座结构,以处理高温和高压(大部分结构以相似方法操作)。大多数常用软阀座的一种设计师利用泊松效应,如果用较大压力从一侧将O形环或弹性体放置在支承表面上,由于压力作用软材料将变形。换言之,当压力将软材料推向支承表面时则发生变形(图4.23)。由泊松效应上游压力比下游压力愈大,则密封愈好。回弹性聚合物内镶以O形环,由于泊松效应,它们工作得特别好。与泊松效应有关的事“锁紧杆”或“肘节效应”,它使用一个铰接的弹性体,该弹性体中间断面薄于外径或内径。当压力作用时,结构允许阀座外径挠曲并密封金属表面(图4.24)。第三个有回弹性的阀座结构是机械预加荷载效应,它要求阀座内径与阀盘外径有轻微的过盈。当阀盘接近阀座去关闭时,它与阀座相接触。当阀盘进一步移动进入阀座,由于阀盘的压力作用,导致聚合物就位于金属表面而阀座变形连载某些情况下,制造厂可能使用接卸预加荷载和泊松效应两者去获得正确的关闭(图4.25)。当使用软阀座,它拥有第二个目的其作用像阀体和支持架之间的垫片。金属阀盘典型地用于高温[400℉(250℉)以上]。金属阀座和阀座支持架为一整体(用一金属垫片放置于软阀座正常镶入的地方(图4.26)。在许多结构中,软阀座和金属阀座可串联使用,可使金属阀座在软阀座失效的情况下作为备件(图4.27)。蝶阀用于防火安全工况时,设置此备用阀座。在节流工况,在所有时间内阀门倾向停留在中间行程处,而永远不关闭阀门,则可不设置阀座作为节省投资的措施。
蝶阀的填料盒与某些截止阀的填料盒相似。填料盒的特征与所有填料盒相似:一个精加工的孔和适合各种填料结构的深度。但是一个主要的差别是蝶阀不需要一个底部填料组。因为旋转运动的结构,阀杆运动永不改变直线位置。另一方面,填料永远与阀杆在同一位置上接触。因为阀杆旋转永远不移动其直线位置,所以不需要“擦拭”用的填料组。全部需要的是附加的间隔套、填料盒填料压盖。在蝶阀填料盒的开启端部需要上部导向器和轴承,而轴在阀盘的每一个端头上有其自己的导向器。轴也可由执行机构传送箱内的轴承导向,并采用压盖法兰和填料压盖压缩填料。
因为轴孔正常情况是由两端进行机加工的,所以采用一个丝堵或法兰盖封住对应填料盒的开口。为保持压力,需要一个垫片或O形环。如果使用管塞,它不应与轴接触,因为轴的1/4旋转动作可能使端部管塞旋转,导致工艺介质想大气泄漏。
阀体填料盒侧要设置安装孔,以安装传送箱。传送箱包括直线运动转变到旋转运动的机构,此机构可使直线运动执行机构用于1/4旋转阀上。安装在传送箱上的轴的端部是用花键配合或用几个半片轧制以阻止泄漏。常用旋转执行机构的结构,执行机构系统和手轮详见第五章。