分子篩純化系統切換蝶閥的合理選擇

　　現代空分設備空氣凈化都采取分子篩純化系統，而分子篩純化系統中的兩組切換閥門(mén)在整個(gè)流程中起著(zhù)非常重要的作用，因此，切換閥門(mén)的可靠運行是空分設備安全、穩定運行的關(guān)鍵因素之一，選擇合適的切換閥門(mén)是空分設備設計的重點(diǎn)之一。

　　就流通能力來(lái)說(shuō)，球閥最好，但其體積大，使用壽命較短；蝶閥體積相對球閥來(lái)說(shuō)較小，流通能力比球閥稍小些，密封性能及使用壽命均大于球閥，分子篩純化系統采用蝶閥較為常見(jiàn)�，F針對目前國內常用的幾種蝶閥做一些分析比較，用戶(hù)可以根據具體要求合理選擇切換蝶閥。

1、翻板式氣動(dòng)蝶閥

圖1 翻板式氣動(dòng)蝶閥示意圖

　　翻板式氣動(dòng)蝶閥如圖1所示。工作原理：氣缸、曲柄和連桿帶動(dòng)閥瓣作旋轉運動(dòng)，然后再靠壓于閥體內的閥座上。為了增強閥門(mén)的密封性，閥瓣采用翻板式，采用靠壓形式以減少與閥體的摩擦。閥瓣與閥座密封面為硬密封，再加上氣體的推力附加于閥瓣上，增加了密封比壓，使密封性更好。但是由于閥瓣結構較為復雜，阻擋了一部分流通面積，閥瓣的中心軸線(xiàn)偏離，造成不平衡設計，閥瓣受介質(zhì)壓力影響，在關(guān)閉時(shí)起增強密封作用，而在開(kāi)啟時(shí)由于介質(zhì)的作用增大了開(kāi)啟力矩，比關(guān)閉時(shí)要大得多，必須采用較大輸出力的執行機構才能開(kāi)啟閥門(mén)。由于閥座的密封面與閥體流通成90°，突出一個(gè)臺階，一方面減少了流通面積，另一方面介質(zhì)對密封面有一個(gè)沖刷作用，密封面容易被管道中的垃圾沖刷后留下凹坑造成密封不嚴。由于閥瓣為壓板式，介質(zhì)流動(dòng)方向受限制，只能單向流動(dòng)，否則閥門(mén)關(guān)閉不嚴。由于執行機構多為曲柄連桿機構，關(guān)節容易松動(dòng)。

　　受到結構的限制不能制作體積較大的蝶閥，口徑一般大到DN500mm。另一種與其結構相似的閥門(mén)為四連桿蝶閥（如圖2所示），口徑可以做到DN1400mm以上。其工作原理與翻板蝶閥差不多：通過(guò)擺動(dòng)氣缸進(jìn)氣推動(dòng)連桿，連桿作用于翻動(dòng)閥瓣，閥瓣靠與閥體上的密封座起密封作用。由于四連桿在閥體里，經(jīng)氣流沖刷，容易生銹或卡阻，并占去流道里的空間，使流通受阻。由于閥座也是突出于流道，減少了流通面積。受到結構的限制，工作介質(zhì)只能單向流動(dòng)。由于氣缸作用較小，大口徑閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)必須把背壓放空。

圖2 四連桿蝶閥示意圖

　　四連桿蝶閥的特點(diǎn)是：閥腔內機械結構較緊湊，執行機構為直氣缸和擺動(dòng)氣缸，關(guān)節多容易轉動(dòng)，流通面積相對來(lái)說(shuō)小一些，介質(zhì)流向受限，維修麻煩，但價(jià)格低，使用溫度在200℃以上，壓力在1.0MPa左右。

2、自密封蝶閥

圖3 自密封蝶閥示意圖

　　自密封蝶閥如圖3所示。工作原理：執行機構為齒軸、齒條活塞傳遞形式。該執行機構的優(yōu)點(diǎn)：①齒輪、齒條傳動(dòng)方式比曲柄連桿的滑動(dòng)摩擦力小得多，同口徑可提高效率20%；②齒輪、齒條傳動(dòng)間隙小，因此運動(dòng)自如，回差��；③雙活塞，其輸出力矩提高1倍，尺寸更��；④與閥門(mén)直接相連，從而簡(jiǎn)化了閥門(mén)的連接方式。執行機構帶動(dòng)閥桿轉動(dòng)，使閥瓣旋轉。

　　采用自密封形式，當閥瓣開(kāi)啟時(shí)，主密封圈與閥體橢圓槽處于騰空狀態(tài)，存在間隙；當閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，閥瓣與主密封圈有一定的過(guò)盈量。這一定的過(guò)盈量壓迫主密封圈變形，使得主密封圈緊緊貼于閥瓣與閥體，起到可靠的密封作用（主密封圈為氟橡膠制品）。當閥瓣開(kāi)啟時(shí)，主密封圈的彈性作用又恢復了原狀，主密封圈在橢圓槽間做的是擴張圈和閥瓣間的拉伸與壓縮運動(dòng)，磨損極小。主密封圈裝在閥體上，與介質(zhì)的接觸面很小，故介質(zhì)對密封圈沖刷面也小。橡膠抗沖刷性較好，所以使用壽命特別長(cháng)，并且可雙向流動(dòng)。

　　自密封蝶閥的特點(diǎn)：執行機構可靠，密封性好，使用壽命長(cháng)，維護方便，流通面積大，雙向流動(dòng)，使用壓力在1.0MPa左右，使用溫度在200℃，價(jià)格適中。

3、三偏心蝶閥

圖4 三偏心蝶閥示意圖

　　三偏心蝶閥如圖4所示，是近些年發(fā)展起來(lái)的閥門(mén)。執行機構也采用齒軸、齒條活塞傳遞形式，密封采用兩個(gè)斜圓錐相貫的密封原理。因溫度變化而發(fā)生熱脹冷縮時(shí)，閥瓣與密封圈之間通過(guò)“漸進(jìn)式”自補償來(lái)實(shí)現始終不變的密封效果。優(yōu)化設計使閥門(mén)開(kāi)、閉閥瓣之間不產(chǎn)生平面的宏觀(guān)相對摩擦運動(dòng)。

　　三偏心蝶閥是一種較為理想的閥門(mén)，但是由于密封為斜置圓錐所形成的一條線(xiàn)，密封座加工較為困難。而且在密封座損壞時(shí)，因為密封面為一條復雜的曲線(xiàn)，單一性較強，因各廠(chǎng)家設計標準不同，要更換相匹配的密封圈相當困難。當逆流時(shí)，需要外加力矩，使閥瓣壓向密封圈之間的單位正壓力大于介質(zhì)壓力，才不會(huì )泄漏。再加上閥瓣為不平衡設計，因此逆流時(shí)需要執行機構輸出力矩較大，所以逆流時(shí)容易泄漏。

　　密封圈分軟密封和硬密封兩種：軟密封由于容易磨損，補償量較小，當補償量用完后就會(huì )出現泄漏；硬密封使用壽命長(cháng)，耐高溫、耐高壓性好，但制造成本高，價(jià)格相對也高一些。

　　三偏心蝶閥的特點(diǎn)是：執行機構可靠，使用壽命長(cháng)，耐高溫、高壓，有自動(dòng)補償功能，硬密封一般要無(wú)可見(jiàn)泄漏比較難；軟密封性能較好，可以做到無(wú)可見(jiàn)泄漏。密封圈互換性差，價(jià)格較高，反流向時(shí)易泄漏。

4、結束語(yǔ)

　　上述4種閥門(mén)各有所長(cháng)，性能比較見(jiàn)表1。

表1 3種分子篩純化系統蝶閥的性能比較

　　應根據用戶(hù)的經(jīng)濟實(shí)力和使用場(chǎng)合考慮如何選擇。一般使用原則：盡可能使用閥體腔內機械結構簡(jiǎn)單、流道暢通、流通面積大、使用壽命長(cháng)、溫度適合使用要求以及價(jià)格合理的閥門(mén)，同時(shí)也要考慮便于維修和更換。分子篩純化系統切換蝶閥，關(guān)系到空分設備制造成本、使用壽命、氣體純度和產(chǎn)量等，因此，合理選擇分子篩純化系統切換蝶閥很重要。