三偏心蝶阀设计专项方案.doc

◆三偏心蝶阀技术设计方案
一、产品介绍
该阀是我企业技术人员经优化设计高性能金属密封蝶阀。采取了“斜置椭圆蝶板径向动平衡密封系统”，能可靠地实现蝶阀密封零泄漏，是真正含有国际领先水平高科技新产品。该产品成批投产后发明了良好经济效益和社会效益，并作为以国代进产品，被中国外各企业大量选择，深受广大新老用户欢迎，是值得您高度信赖优质产品。
该阀蝶板在启闭过程中，实现了蝶板密封圈和阀座密封面之间无滑动摩擦、卡挤，密封面上压力角大于摩擦角，采取“径向动平衡密封系统”设计，使蝶板开启阻力极低。启闭过程中蝶板密封面沿 360°圆角各点能够瞬间快速完成，逐点接触和逐点脱离。开启密封即分离，快速正确实现关闭接触自动相吻合密封动作。
该种阀因为采取多重密封，经过高精度机械加工成椭圆型截面密封环，它和阀座金属密封面组成密封副。这种密封结构，在高压工况下不产生塑性变形，在高温或低温工况下，不存在冲压应力、焊接应力、弹性退火或咬坏脆裂现象，根本处理了传统蝶阀密封结构不合理引发泄漏弊病，大大提升了阀门密封可靠性。
保温蝶阀也称夹套蝶阀，是在一般三偏心金属硬密封蝶阀基础上在阀体外部焊装了金属夹套，在保温蝶阀阀体两侧装有夹套接口，可涵入蒸汽或其它过热气体，以预防介质在常温状态下凝固或结晶。保温蝶阀法兰较一般金属硬密封蝶阀要大一到两个规格，关键用于石油、化工、冶金、制药等各类系统。

二、适用范围
本阀适适用于高、中、低压，高温、低温管路中作闭路密封装置、节流装置和调整装置。广泛适适用于石油、化工、冶金、矿山、电力、能源、交通、农田、水力、环境保护、建筑、医药、生物等行业。尤其适用密封要求较严格工况，如煤气管道上，也适用水、蒸气、油品、空气、尘气、硝酸等腐蚀性介质。
使用温度-196℃—600℃，工作压力 PN0.25—10Mpa 或 150—600 磅级。本阀完全能够替换粗笨、价高闸阀、截止阀、球阀、节流阀，并作为以国代进产品。
三、阀门结构特征和工作原理
3.1 三偏心硬密封蝶阀结构特征

蝶板回转中心（即阀门轴中心）和蝶板密封面形成一个尺寸 a 偏置，并和阀体中心线形
成 1 个 b 偏置，阀体密封面中心线和阀座中心线（阀体中心线）形成一个角度为β角偏置。
启瞬间立即脱离阀座密封面。在其 90~0 度关闭时，只有在关闭瞬间，其阀板密封面才会接触并压紧阀座密封面。因为θ1、θ2 角形成，使蝶阀关闭时，其密封副两密封面之间密封比压能够由外加驱动转矩产生，不仅消除了常规蝶阀中弹性座作弹性老化，冷流，弹性失效等原因造成两密封面之间密封比压降低和消失，而且能够经过对外加驱动转矩改变，实现对其密封比压任意调整，从而使其密封性能大大提升。
3.3 结构特点
3.3.1 无摩擦运动。独特三偏心结构使蝶板在启闭过程中实现全行程无摩擦转动，消除了密封件和阀座之间全部接触摩擦，延长了阀门使用寿命。而双偏心结构硬密封蝶阀在启闭过程中即使也有一定减摩功效，但在 20°左右启闭范围内，两轴端密封件和阀座之间摩擦不可避免，一旦因为密封面磨损使密封件达成必需密封比压所要求弹性变形量不能确保时，阀门将产生泄漏。
3.3.2 由扭矩产生弹性密封。蝶板密封圈由靠护圈（压板）镶嵌定位在蝶板上，但没有固定死，它能在径向自由移动，密封圈这种特殊形状使它含有很大弹性。依靠关闭力矩使弹性密封圈紧压在阀座锥面上，并使密封圈产生一定向蝶板中心弹性变形，因为该弹性变形使蝶板无须依靠管道介质压 力就能确保可靠密封。
3.3.3 倾斜锥面设计确保均匀密封接触。三偏心蝶阀尤其选定锥形角，使弹性密封圈以一定接触角和阀座接触。这个接触角均匀地围绕其圆周面，确保阀杆处密封圈和阀座间完全接触，这种几何形状使得密封圈密封应力完全均匀分布，确保了整个密封面密封。
3.3.4 阀板密封圈为多层不锈钢 316(OR 316L)夹 PTFE(OR 柔性石墨)，阀座密封面堆不锈钢。因为阀座密封面向上升起这种结构，固体物不易在那里积聚，可长久保持阀门密封性能。（详见下图）

3.3.5 阀门采取蜗轮蜗杆手动操作，在蜗轮箱盖上设置有指针，能随蝶板运动同时显示阀门开启或关闭状态。
3.3.6 蝶阀默认采取通轴式结构，也可采取段轴式结构。下轴为内置式，采取阀盖端面静密封；上轴采取 V 型填料密封，经过调整填料压盖压紧力，可取得良好密封效果。
3.3.7 采取不锈钢硬化轴承，摩擦力矩小，低磨损，耐腐蚀。
3.3.8 结构优异，优化创新高科技。
3.3.9 克服了高温高压工况下，水刀切割损伤。
3.3.10 阀门密封付间无滑动摩擦卡挤，阻力小，扭矩低，操作启闭轻松自由。
3.3.11 密封付无擦伤，且有赔偿调整功效，使用寿命长。
3.3.12 适用高温、高压工况，且尤其适用要求高密封性能工况，如煤气管道等。
四、蝶阀使用标准及设计依据
1.设计标准
弹性阀座蝶阀设计应符合 GB/T 12238 要求。
金属复合密封蝶阀设计应符合 JB/T 8527 要求。
美标蝶阀设计应符合 API 609 要求。
2. 压力温度额定值
2.1 阀门压力温度额定值按 ASME B16.34、ASME B16.42、GB/T12224或GB/T 17241.7标准要求。
2.2 对于非金属蝶阀密封圈等非金属件，其适用温度范围和压力温度额定值低于阀门壳体压力温度额定值时，需在质量证实文件和铭牌上注明。
3. 结构长度
3.1 美标系列
美标系列蝶阀结构长度按 API609 或 ASME B16.10 要求。
(1) 钢制双法兰式蝶阀结构长度按短型系列。
(2) 凸耳和对夹式蝶阀法兰连接孔能够是通孔或螺纹孔，螺纹孔旋合深度最少等于公称螺栓直径，不过靠近阀杆螺纹孔旋合深度可为公称螺栓直径 67%，定位法兰螺栓由我企业配套。
3.2 国家标准系列
国家标准系列蝶阀，其结构长度标准根据 GB/T 12221 标准要求。
(1) 双法兰连接蝶阀按 GB/T 12221- 表 10 短型系列。
(2) 凸耳和对夹式连接蝶阀按 GB/T 12221- 表 10 要求。其中偏心蝶阀按长型系列，其它按短型系列。
(3) 凸耳和对夹式蝶阀法兰连接孔能够是通孔或螺纹孔，螺纹孔旋合深度最少等于公称螺栓直径，不过靠近阀杆螺纹孔旋合深度可为公称螺栓直径 67%，定位法兰螺栓由我企业配套。
4. 壳体强度
4.1 阀门壳体不许可在强度试验前涂漆或涂覆其它防泄漏材料，但衬套阀门除外。
4.2 阀门壳体强度试验按 API 598 或 GB/T 26480 要求，经壳体强度试验后，不应有结构损伤，阀门壳壁及各连接处不许可有可见渗漏。
5.密封性能
阀门密封性能试验按 API 598 或 GB/T 26480 要求。对于 API609 B 类阀门应进行双向密封试验，非优选方向密封试验应按密封试验压力 70%实施。
6. 连接端
6.1 法兰连接按 ASME B16.5、ASME B16.47、HG/T20592 或 GB/T17241.6 要求。
6.2 法兰式蝶阀法兰应和阀体整体铸造。
6.3 对焊端部连接按 ASME B16.25- 图 2a)和图 3a）要求，不使使用方法兰式阀门切去法兰方法制造对焊连接阀门。
7. 最小壁厚
7.1 阀体最小壁厚按 GB26640 或 ASME B16.34 要求，最小壁厚不包含衬里、衬套或镶嵌厚度。
7.2 API609 B 类阀门接触介质承压件均应在 ASME B16.34 最小壁厚计算公式基础上增加≥ 3.2mm。
8. 阀门流道最小内径
8.1 美标阀门最小通径应符合 ASME B16.34 要求；国家标准阀门应符合 GB/T12238 要求。
9. 阀门密封副
阀座能够用紧固件安装，也能够采取焊接或直接本体堆焊。当阀座采取本体堆焊时加工后有效厚度不得小于 2mm，焊后应进行消除应力，但不许可焊到铸铁上。
10. 阀杆
10.1 蝶阀阀杆嵌入轴孔长度不应小于其直径 1.5 倍。
10.2 阀杆应有防吹出结构：阀杆和蝶板连接出现损坏或阀杆本身损坏时，在内压作用下，阀杆任何部分不许可从阀内射出，不许可利用驱动装置来作为阀杆限位。
10.3 阀杆表面粗糙度不低于 Ra1.6，和轴承及填料接触面粗糙度应不低于 Ra0.8。
10.4 在阀杆端部应设有阀板位置指示线，以判定阀板位置。
11. 阀杆填料
11.1 阀杆填料不少于 5 圈。
11.2 在不拆卸阀杆情况下，应可更换密封填料。
12. 填料箱和压盖
12.1 填料函表面粗糙度应不低于 Ra3.2。
12.2 填料压板和填料压套采取分体式设计，球面结合。
13. 驱动装置
13.1 若协议无要求，非手动驱动装置额定输出力矩应大于阀门设计压力下最大扭矩 1.5倍。
13.2 手轮应采取球墨铸铁或铸钢。
13.3 不管何种驱动装置操作，用手轮或手柄操作时，操作力应小于 360N。
13.4 除另有要求外，面向手轮时或扳手时，顺时针方向应为关。
13.5 蝶阀手柄方向应设计成和通道平行时为全开，且能预防扳手错误安装。并应该设计有全开、全关限位结构及开度指示装置。
14. 防火、防静电要求
14.1 有防火要求软密封阀门应符合 JB/T6899（国家标准阀门）、API607 或 API6FA（美标阀门）防火试验要求，并加挂“防火设计”标签。
14.2 有防火要求软密封阀门应含有防火结构。
五、关键零部件及材料配置
序号
名称
常 用 材 料
1
阀体
WCB
LCB
LCC
CF8
CF8M
CF3
CF3M
铸铁
2
蝶板
WCB
LCB
LCC
CF8
CF8M
CF3
CF3M
铸铁
3
阀杆
F6a、17-4PH、18-8系不锈钢
4
销钉
不锈钢
5
填料
柔性石墨夹不锈钢丝/PTFE聚四氟乙烯
6
压套
不锈钢
7
压板
WCB
304/CF8
铸铁
8
螺栓
碳钢
不锈钢
碳钢
9
螺钉
不锈钢
10
支架
铸钢WCB
11
轴套
不锈钢/自润滑材料
12
手动装置
球墨铸铁/铸钢

六、阀座及蝶板密封面材料配置情况
阀座
蝶板密封圈/面
13Cr
13Cr+石墨，13Cr+橡胶板，
18Cr-8Ni系列
S.S+石墨，S.S+橡胶板，S.S+PTFE
STL
S.S+石墨，S.S+橡胶板，S.S+PTFE
七、 壳体材料使用工况范围
材料
温度范围℃
使用介质
阀门使用范围℃
WCB
-29~425
水,油和常规介质
阀板密封面为橡胶
阀门温度范围为：
-29~80℃。

阀板密封面为 PTFE
阀门温度范围为：
-100~200℃。

阀板密封面为不锈钢+石墨时，
阀门温度范围为：-100~450℃
LCB
-46~345
低温介质，水,油
LCC
-46~345
低温介质，水,油
CF8
-196~537
腐蚀性介质
CF8M
-196~537
腐蚀性介质
CF3
-196~427
腐蚀性介质
CF3M
-196~454
腐蚀性介质
铸铁/球墨铸铁
-20~250
低压水工况
八、使用说明
1. 阀门材料选择满足阀门技术参数中设计压力和设计温度要求，实物和提供图纸相符。
2. 除有特殊说明外，全部阀门在施工现场不需解体就可投入使用，如因阀门质量原因需要在施工现场解体维修，我方负担一切费用或更换阀门。
3. 滑动部件间有一定硬度差异以防相互咬紧，提供对应材料磨损特征；在阀门阀座使用其它表面硬化材料地方， 阀座和阀芯采取不一样硬度，较硬材料用于阀座。
4. 全部需要填料阀门全部为石墨填料，不含氯化物；填料含有降低不锈钢杆腐蚀方法；结构上，填料无需拆卸阀就可更换；
5. 全部阀门全部能在不拆实施器时更换填料，且以接长阀杆来满足；阀门填料箱易靠近和设计成在阀杆上施加均匀压力， 不会出现任何卡阻现象。
6. 我方确保全部材料适合于所输送流体。全部承压零部件材料均符合 ASTM 或国家相关规范要求，并说明非承压材料如垫片、填料等也满足相关要求或标准；
7. 阀门阀体为钢制铸造。依据接管参数（管径和壁厚）配套对应美标或国家标准阀门。
8. 全部阀门不采取塑料或酚醛塑料制阀手轮。
9. 全部阀门均在面对手轮时用顺时针方向旋转手轮为阀门关闭。当手轮不是直接固定在阀杆上时，增加适宜传动机构（传动机构灵活和可靠）， 确保手轮在顺时针方向旋转时关闭。
10. 每只手轮表面均标注"open(开)"、"shut(关)"字样和指示旋转方向箭头。
11. 全部阀门均依据"装置和设备标识"和 DL/T922 要求标志阀体标识和标牌标识铭牌。
12. 全部阀门接头全部有可靠保护设施，预防在运输时损坏和潮气、尘埃等异物进入。不得采取在阀门接头端内插入堵塞。
13. 全部阀门阀座均可承受要求机械强度和严密性水压试验。我方完全满足招标方要求。
14. 指示阀门中流动方向箭头清楚铸在或模压在每个阀阀体上。
九、制造要求
1.采取铸钢制阀体，内部全部顺滑，阀内清洁度符合 JB/T7784 要求。
2. 阀体内外表面不许可有裂纹、气孔、毛刺、加沙等缺点，外观质量符合 GB/T6414 要求。
3. 铸钢件承压部位壁厚不许可有负偏差，其它尺寸公差符合 GB/T6414 要求。
4. 锻件表面不许可有裂纹、折叠和斑痕等缺点存在。
5. 机械加工表面不许可有有害伤害。
6. 密封面表面不许可有裂纹、气孔、凹陷、刮伤、刻痕及斑点等缺点。
7. 阀门端部和管道连接破口加工符合买方设计院提供接口资料要求。
十、性能规范
实施标准
公称压力
试 验 压 力（Mpa）
API598
GB/T 26480
PN:0.6~10Mpa
150LB~600LB
强 度
1.5PN
正向密封 1.1PN
气密/低压密封
0.6
适用介质
水、蒸气、油品、天然气、煤气、尘气、酸碱等
驱动方法
手动、一级、二级蜗轮传动、气动、电动液动等
☆试验要求
1 、阀门压力试验应符合 API 598（美标阀门）或 GB/T 26480、GB/T 13927（国家标准阀门）要求。
2 、奥氏体不锈钢阀门水压试验时，水中氯离子含量不得超出 50μg/g。
3、阀门总装后，进行启闭试验，以确保运作灵活性及全开、全关位置正确性。
4、安装完成后，进行一次排砂孔实际操作试验，阀门应无滴、漏、渗透现象，无结构损伤及其它导常现象。
十一、阀门结构及外形简图

十二、 Cv 值流道特征及系数

十三、标志、防护和包装运输
7.1 阀门标志
7.1.1 阀门标志按 MSS SP-25 或 GB/T 12220 要求，标识永久性标志，标识必需清楚且不易毁坏。每个阀门上附带铭牌、标签等长久随阀门运行标识，其材质均应为耐腐蚀金属。
7.1.2 标识不能用于部件内表面、螺纹、坡口、密封面等部位。
7.1.3 阀体上应标志下列内容：
1) 公称尺寸；
2) 公称压力；
3) 阀体材料；
4) 铸造炉号或锻打批号；
5) 制造商商标；
6) 介质流向；
7) TS标识和编码。
7.1.4 阀门铭牌上应标志下列内容：
1) 公称尺寸；
2) 公称压力或压力等级；
3) 阀体材料；
4) 内件材料；
5) 制造商名称及商标；
6) 由买方提供阀门编码；
7) 对焊端阀门连接端部壁厚或标准表号；
8) TS 标识。
7.2 防护和包装运输
7.2.1 检验和试验后，应清除可能滞留在阀腔内水，对阀门进行干燥处理。
7.2.2 对奥氏体不锈钢阀门酸洗、钝化后保留金属本色,不涂刷油漆。
7.2.3 对非奥氏体钢阀门表面应涂漆，油漆漆膜应厚薄均匀，色调一致。碳钢阀门表面许可进行磷化处理。
7.2.4 在阀门包装前，非奥氏体钢阀门裸露加工表面应涂上防锈油保护。
7.2.5 应将不锈钢和碳钢、合金钢阀门分别包装,不许可混装。
7.2.6 阀门连接端部应采取木材、塑料或橡胶帽进行保护，以避免连接端面在装运过程中受到机械损坏。
7.2.7 阀门在出厂时应处于微启位置， 四氟密封和硬密封蝶阀除外 。在运输过程中，全部阀部件和密封面全部应避免机械损坏，安装时应去掉包装和支撑。
7.2.8 阀门在出厂时，应安装正确阀杆填料，且牢靠固定压盖从动件，以防填料压盖螺栓在运输途中丢失。
7.2.9 阀门出厂技术文件应和阀门一起发运，如使用包装箱运输，则应放入箱内。
十四、安装使用和维护说明
1、安装前必需要仔细查对阀门标志、合格证书是否符合使用要求，核实后应进行清洁
处理。
2、蝶阀可安装在设备管道上任意位置，但有传动装置，应直立安装，及传动装置必
须垂直水平管路位置。安装位置有利于操作和检验。
3、蝶阀安装方向和介质流向一致。
4、蝶阀和管道连接螺栓，安装时应按对角线方向数次拧紧，连接螺栓不得单件一次拧
紧，以防受力不均而造成法兰连接处泄漏。
5、开启阀门时要逆时针转动手轮，关闭时要顺时针转动手轮，要按开启、关闭指示标识
旋转到位。
6、电动蝶阀出厂时，已将控制机械启闭行程调好，为预防电源接通方向搞错，用户在
第一次接通电源前要手动开至半开位置，检验指示盘方向和发明开启方向是否一致。
7、阀门在使用时，如发觉故障，应立即停止使用，查明原因及清除故障。
8、阀门保管：未安装使用阀门应存放在干燥室内，堆放整齐，不许可露天存放，
预防损坏和锈蚀。保管时间较长阀门，要定时清洗、吹干、涂防锈油。阀门两端应用盲板保护法兰密封面，，以防杂质进入内腔。

十五、阀门故障分析及排除方法
可能发生故障
原 因
解 决 方 法
填 料
渗 漏
1.填料未压紧
2.填料圈数不够
3.填料磨损、老化
1、 应立即更换老化、损坏填料逐圈安放接头呈 30°~50°
2、 应以正常力均匀操作，不许加套管或用其它措施加长臂
3、 均匀拧紧压住填料用螺栓
阀门和
管道连接 处渗漏
1.法兰螺母没有拧紧或紧固不均匀
2.法兰密封面或阀端密封面有损伤或污物
3.垫片失效
1.均匀拧紧螺母
2.修复密封面或清理污物
3.更换垫片
内
渗
漏
1.密封面有杂物
2.密封面受损伤
3.密封圈老化
4.启闭错位
1.清除杂物
2.修复阀座或更换密封圈
3.进行修复或更换密封圈
4.调整实施机构，关闭位置

故障
分析产生原因
消除故障方法
手轮损坏
1.使用不正确；
2.紧固件松脱；
3.手柄、手轮和阀杆连接损伤。
1.严禁使用管钳、长杠杆、撞击工具等；
2.随时修配；
3.随时修复；
齿轮传动卡咬
1.不清洁，嵌入赃物，影响润滑；
2.操作不妥
1.清除赃物，保持清洁，定时加油；
2.若操作时发觉卡咬，阻力很大时，不能继续操作，就立即停止，根本检验。
电动装置故障
1.电装机械卡咬；
2.电源线路故障
1.定时加油，使润滑良好，填料压紧应适度，应立即排除阀内异物，保持清洁；
2.电机工作时间不超出15分钟，电源应正常，避免电机受潮。
气动
故障
1.气源、控制机构有题；
2.活塞密封圈老化。
1.查排除气源及控制机构故障；
2.更换活塞密封圈。