蝶阀的结构与基础知识

蝶阀的名称来源于翼状结构的蝶板，蝶板安装于管道的直径方向。在蝶阀阀体圆柱形通道内，圆盘形蝶板绕着轴线旋转只需90°即可开闭阀门。

蝶阀结构简单、体积小、重量轻。它只有少数几个零件组成。而且只需旋转90°即可快速启闭，操作简单。该阀具有良好的流体控制特性。

蝶阀处于完全开启位置时，蝶板厚度是介质流经阀体时唯一的阻力。因此通过该阀所产生的压力将很小。在阀门关闭运动中，蝶板朝着关闭位置转动，介质流动速度逐渐减小。该阀具有较好的流量控制特性。

通常，蝶阀采用弹性密封和金属对金属密封两种密封形式。弹性密封阀门，密封圈可以镶嵌在阀体上或附在蝶板周边。

采用金属密封的阀门一般比弹性密封的阀门寿命长，但很难做到完全密封。金属密封能适应较高的工作温度，而没有弹性密封受温度限制的缺陷。

蜗轮法兰式软密封蝶阀：D341X-10Q、D341X-16Q

在阀门设计人员及冶金、橡胶、塑料工业专家们的密切合作、共同努力下，许多种用做弹性密封的人造合成橡胶和塑性材料已经研制出来。经过反复使用，确保截流性能。因而扩大了阀座材料的选择范围，同时也扩大了蝶阀的适用范围。

蝶阀的结构原理尤其适合于制作大口径阀门。现在已经能生产直径到十米的蝶阀。用于潮水和海洋热能转换系统、尺寸更大的蝶阀，目前正在研制中。蝶阀不仅在石油、煤气、化工、水处理等一般工业上得到广泛使用，而且还用于热电站的冷凝器及冷却水系统。

蝶阀的型式有对夹式和双法兰式。对夹式是用双头螺栓将阀门连接在两管道法兰之间。阀体型式可以分为单法兰式、无法兰式或“U”型截面式；双法兰连接的阀门是用螺栓将两端法兰分别连接在管道法兰上。如果带“U”型截面阀体的对夹式蝶阀也符合上述法兰与管线的安装方法，则也属于法兰式蝶阀。

蝶阀包括中线式蝶阀、单偏心蝶阀、双偏心蝶阀、三偏心蝶阀、连杆偏心蝶阀以及倾斜板式蝶阀等几种。其传动方式有：电动、气动、蜗轮蜗杆传动等。

蝶阀的零件大致可分为阀体、阀杆、蝶板、上下法兰、支架、填料、下压盖、填料压盖等部件。

一、常见蝶阀的结构

（1）中线蝶阀

中线蝶阀的回转中心位于阀体的中心线和蝶板的密封截面上。阀座采用橡胶或PTFE等弹性材料。关闭时蝶板的外圆密封面挤压阀座，是阀座产生弹性变形而形成弹性力作为密封比压保证蝶阀的密封。该类阀可以设计成法兰连接、对夹连接和单夹连接。阀杆可设计成通杆，穿销钉和两节杆六方头连接结构。

蜗轮对夹式软密封蝶阀：D371X-10Q、D371X-16Q

（2）单偏心蝶阀

单偏心蝶阀和中线蝶阀结构差不多，只是回转中心与蝶板密封截面形成一个偏置尺寸，这样可以使蝶板与阀座上的密封面形成一个完整的圆，加工时易保证蝶板与阀座的表面粗糙度。该类阀一般用PTFE作阀座材料。

采用合成橡胶与PTFE作为阀座材料其特点在于摩擦系数低，不易磨损，不易老化等特性，从而使蝶阀寿命得以提高。橡胶密封蝶阀缺点是作节流使用时，由于使用不当会产生气蚀，使橡胶座剥落、损伤等情况发生。为此，现在国际上又开发金属密封蝶阀，气蚀区减小，近几年我国也开发了金属密封蝶阀，在日本近年来还开发耐气蚀、低振动、低噪声的梳齿形蝶阀。

（3）双偏心蝶阀

双偏心蝶阀的蝶板回转中心与蝶板密封截面偏置一个尺寸，并与阀体通道轴线偏置一个尺寸。该类阀比以上两种阀在启闭时能够更快地脱离阀座密封面，从而其蝶板与阀座密封面之间相对机械磨损、挤压转角行程更短，机械磨损，挤压降低，其密封性能及寿命也比前两种阀大大提高。双偏心蝶阀可以使用合成橡胶和PTFE，也可以使用金属做密封材料，这样可以在更高的温度下工作，但是其关闭位置要求比较高，所以承压能力也相对降低，所以它在高压工况下也不容易泄露。

（4）三偏心蝶阀

法兰式硬密封蝶阀：D343H-16C、D343H-25C

三偏心蝶阀比双偏心蝶阀多了一个阀座回转轴线与阀体通道轴线的角度偏置。其特点是只有在蝶板启闭的瞬间才会接触并挤压紧阀座密封面。它消除了常规偏心蝶阀中因弹性阀座弹性材料老化、冷流、弹性失效等因素造成的密封比压降低和消失，而且可以通过外加力矩来实现对密封比压的任意调整从而使其密封性能改善，使用寿命大大提高。该类阀多采用金属作为密封材料。

二、蝶阀阀体的加工

（1）蝶阀阀体的结构特点和技术要求

蝶阀分为密封型和非密封型两大类。它们的主要区别是：前者的密封圈通常用橡胶或塑料制成，后者则为金属密封副。

密封型蝶阀与非密封型蝶阀的阀体结构基本相似，形状如带法兰的短圆筒。

其主要加工部位有：两端法兰、密封面部位、轴孔及其端面等。

蝶阀阀体的主要技术要求：

1）密封面部位和轴孔一般为4～6级精度，粗糙度为0.8～3.2。

2）密封面轴线与轴孔轴线应的相互垂直。

3）两轴孔同轴。

（2）蝶阀阀体机械加工过程

蝶阀阀体的主要加工部位是密封面和两孔。根据阀体的特点，加工顺序是：先加工法兰，然后依次加工密封面部位，镗轴孔，最后钻法兰螺栓孔。蝶阀阀体的生产批量一般不大，其加工过程中基本上不用专用工艺装备，而按划线加工。

a型蝶阀体的典型工艺过程

（3）两轴孔的加工

应根据蝶阀阀体的具体结构来确定加工两轴孔的方法。

加工密封型阀体的两轴孔之前，先以精车后的密封面为划线基准，划出两轴孔的中心线，然后在镗床上按所划的线找正镗削。一般要将两轴孔调头加工。首先用镗刀杆镗孔。一端轴孔镗完后可将工作台回转180°，再加工另一端。机床工作台的回转精度较低时，加工第一端轴孔除按划线找正外，还需用百分表按固定在工作台上的直尺找正，工作台回转180°后，应再次按直尺找正，以防止两轴孔镗歪。（划线找正一般用于单件、小批量生产，大批量生产一般都用专用夹具）

为了保证蝶板与阀体密封面能很好的吻合（对非密封型阀体而言），两轴孔与密封面的距离不仅要控制在一定范围内，轴孔轴线还应与锥形密封面的轴线垂直。因此，阀体轴孔通常采用合镗法加工。镗削前阀体和蝶板均需划线，将蝶板与阀体合装在一起后按线找正、压牢，然后将两零件的轴孔一并镗出。这种合镗法无需专用的工艺装备，但效率低，仅适用于单件、小批生产。

b型蝶阀体的典型工艺过程

3、蝶阀蝶板的加工

（1）蝶阀蝶板的机构特点和技术要求

蝶阀蝶板形如圆盘，大多数蝶板的密封面为软质材料，如橡胶或塑料，用压环将密封圈固定在蝶板上。也有用金属堆焊后车出的密封面。 尽管蝶阀蝶板的结构不同，却有共同的特点。每种蝶板都有安装传递轴的圆柱孔和镶密封圈的环形槽（或密封面）。

按照蝶板的用途，蝶板的材料可分别采用铸铁、碳素钢和不锈钢。毛坯均为铸件。

蝶阀蝶板的主要技术要求是：

1）与密封圈配合的环形槽精度一般为6～7级，粗糙度不低于3.2。

2）两轴孔的精度为4～6级，粗糙度不低于1.6。

3）非配合加工表面的精度为8级，粗糙度为12.5。

4）两轴孔的不同轴度不大于规定值。

5）两轴孔端面对轴线的不垂直度不大于规定值。

（2）蝶阀蝶板的工艺分析的典型工艺过程

蝶阀蝶板的主要加工部位是镶密封圈环形槽或密封面和两轴孔。这些部位的加工精度和光洁度要求比较高，因此，加工过程中必须根据蝶板的特点采取可靠的措施，以保证加工质量。例如，要完成图4-31a蝶板的外圆和镶密封圈环形槽的加工，必须在铸造时铸出四个支脚供加工时装夹用。待全部工序终了再把支脚去掉。

蝶板两轴孔与密封面部位的相对位置，有的居中，有的偏移一段距离并有一定的公差要求。为保证装配精度，镗两轴孔工序应放在密封面部位加工之后进行。下表为蝶阀蝶板在中、小批量生产中的典型工艺过程。

a型蝶阀蝶板的典型工艺过程

 b型蝶阀蝶板的典型工艺过程

（3）主要表面或部位的加工方法

密封面部位的加工

密封面部位的加工均在普通车床或立车上进行。密封面部位有两种结构。一种是镶密封圈的环形槽；另一种是堆焊后车出的圆锥面。

a型蝶阀蝶板属于第一种。加工时以工艺辅助支脚为定位基准，按划线找正加工。大尺寸的在立车上加工，尺寸较小的在普通车床上加工。环形槽尺寸用通用量具测量。遇有特殊槽形可用样板来控制。

b型蝶阀蝶板的密封面分两道工序进行车削。先把工件安装在图4-32的夹具上车出堆焊基面，堆焊后仍把工件安装在上述夹具上精加工密封面。密封面的锥度用样板控制。密封面的光洁度要求为9，因此，精车后还需进行珩磨。

两轴孔的加工

两轴孔一般在镗床上镗出。小尺寸的蝶板也可以在车床上加工。

由于蝶板密封面的结构不同，镗两轴孔的方法也不一样。

a型蝶板的轴孔多按划线找正后加工。DN250以下的蝶板尺寸比较小，可在普通车床上车削。以密封面部位的止口为定位基准，将工件安装在图4-33的回转夹具上。先车一端轴孔，然后将回转盘旋转180°车另一端。DN300以上的蝶板以工艺辅助支脚为基准，将工件安装在镗床工作台上用“调镗头”的方法按划线加工。 

b型蝶板的锥形密封面是在堆焊后车出的。要保证这种金属密封副的密封性，除了两锥形密封面的几何形状必须准确外，阀体和蝶板的轴孔线至密封面的距离必须做得一致，否则就很难达到密封要求。

如果阀体、蝶板分开进行加工，则需采用专用的工艺装备，并提高某些尺寸的加工精度（如锥度、距离公差等）。由于这种做法在经济上往往并不合理，所以一般采用合镗方法加工。具体做法是：先将阀体轴孔按划线找正。然后用“调镗头”的方法镗出，再装上蝶板，找正、固定，而后镗出蝶板的轴孔。 

4.蝶阀设计标准和适用范围

 5.蝶阀构件的计算项目

1）设计计算密封副：

a、必须比压；

b、许用比压；

c、设计比压。

2）计算阀杆推力矩：

a、介质对阀杆的推力矩；

b、密封面对阀杆的推力矩；

c、填料对阀杆的推力矩；

d、阀杆和阀体之间的摩擦力矩；

e、计算总力矩。

3）阀杆强度和温度校核；

4）销的直径确定及温度校核；

5）蝶板的边缘厚度及蝶板压盖的的厚度等的计算；

6）阀体的厚度的计算及法兰和结构长度的标准化；

7）填料压盖的强度的校核；

8）支架的有关尺寸的确定；

9）传动装置的确定包括手轮直径和蜗轮的变比。