1　概述
高性能蝶閥（HighPerformanceButterflyValve-HPBFV）是20世紀60年代中期隨著聚四氟乙烯作為閥座材料在蝶閥中的使用而產(chǎn)生的，并被列入美國石油協(xié)會標準（API609雙法蘭式、凸耳式和對夾式蝶閥）。高性能蝶閥一般為雙偏心、球面密封結構，閥座采用PTFE/RPTFE（聚四氟乙烯/增強聚四氟乙烯）材質，較橡膠密封蝶閥具有摩擦系數(shù)小、扭矩小、壽命長、可在管路終端安裝使用等優(yōu)點，可以用于工作壓力600lb（11MPa），溫度230℃，具有腐蝕性介質的管路上，實現(xiàn)閥門的雙向密封和切斷介質或調節(jié)流量，用途十分廣泛。
2　設計要點
2.1　密封圈材質
聚四氟乙烯材質具有適用溫度范圍廣、耐腐蝕性能優(yōu)異、摩擦系數(shù)小和塑性好等優(yōu)點，是高性能蝶閥密封圈常使用的材質。但相對來說其材質機械強度低、耐磨性差、剛度差和導熱性差等缺點一般也會加以考慮，不過聚四氟乙烯材質在載荷作用下的“冷流傾向”往往會被忽視。高性能蝶閥在現(xiàn)場使用一段時間后，由于“冷流傾向”從而導致密封圈的永久變形（類似于塑性材料的屈服現(xiàn)象）。為防止這類現(xiàn)象的發(fā)生，應嚴格執(zhí)行聚四氟材質的壓力-溫度額定值（表1），或采用具有填充材料的聚四氟乙烯材質。
                              表1　PTFE或RPTFE閥座最小壓力-溫度額定值MPa

                                  2.2　密封圈結構

                                                      圖2 介質反向流動
高性能蝶閥的密封圈應設計成使介質壓力有利于密封的結構。當無壓力時，閥桿傳遞過來的扭矩使蝶板與密封圈間產(chǎn)生足夠的密封比壓，使閥門密封。當受到管道中正向介質壓力（圖1）時，能借助管路中的介質壓力使密封圈緊緊壓在蝶板密封面上，使密封性能更加可靠。當介質反向流動時（圖2），介質壓力作用在密封圈的另一側，密封圈將反向變形，壓向蝶板密封圈形成密封比壓阻止介質泄漏。

2.3　護板的緊固
對于高性能蝶閥，護板及護板螺釘應設計成當兩端法蘭被移走時足以承受最大壓差力額定值。護板螺釘?shù)妮d荷校核按如下規(guī)定。因密封圈選用聚四氟乙烯材質，使用溫度不超過200℃，對螺釘?shù)妮d荷只需按常溫工況進行校核即可。常溫時螺釘?shù)挠嬎爿d荷QLZ取（Qyj+XQg）與（QDF+Qg）兩者中的較大值。

式中
        Qyj———無介質時，緊密連接所需的預緊力
        Qg———螺栓的工作載荷，N
        QDF———有介質時，墊片上的密封力，N
        X———螺栓的外載荷系數(shù) （X=0.2～0.3）
        護板用螺釘應采用應變硬化不銹鋼螺釘材料，并根據(jù)相關標準（如ASTM A193）的規(guī)定使用。另外，護板緊定螺釘應凹進或低于護板表面。
2.4　閥門扭矩
扭矩小是高性能蝶閥的一大特點，高性能蝶閥閥桿扭矩可由近似計算得出。
式中
        MD———蝶閥閥桿扭矩，N•mm
        MM———密封面間摩擦力矩，N•mm
        qM———密封面必須比壓，MPa
        R———蝶板半徑，mm
        bM———密封面接觸寬度，mm
        fM———密封面間摩擦系數(shù)
        h———閥桿與蝶板中心的偏心距，mm
        Mc———閥桿軸承摩擦力矩，N•mm
        Mc=QcfcdF/2
        Qc———作用在閥桿軸承上的載荷，N
        fc———軸承摩擦系數(shù)
        dF———閥桿直徑，mm
        MT———密封填料的摩擦力矩，N•mm
        MT=QT•dF/2
        QT———閥桿與填料的摩擦力，N
        QT= ϕdFbT
        ϕ———系數(shù)
        bT———填料深度，mm
        p——計算壓力，MPa
受加工工藝及材質選用等因素的影響，閥桿實際扭矩與計算扭矩口徑小于NPS12時略有差別，口徑大于等于NPS12時扭矩差別較大。另外，閥門最大和最小扭矩差值較大，分析其主要原因是閥桿、密封圈或蝶板加工精度及光潔度不夠、閥桿與閥體通孔同軸度低或填料壓蓋的螺栓預緊力不相均衡。經(jīng)實踐證明，可采用改進閥門加工工藝和提高零件精度等措施，保證閥門具有相應統(tǒng)一的閥門扭矩。①嚴格控制閥桿及填料函的加工精度及粗糙度。為保證閥桿的密封要求，閥桿與填料接觸面積的表面粗糙度Ra值為018μm，填料函表面粗糙度Ra值為312μm或更光滑。對于閥桿及填料函表面光潔度的問題，現(xiàn)在國內(nèi)很多企業(yè)都沒有足夠的認識和重視。閥桿及填料函表面光潔度不夠，容易導致填料的磨損，填料的磨損又會使閥桿在動作過程中表面光潔度降低，形成惡性循環(huán)。長此以往，不僅增大了填料與閥桿間的摩擦力，而且容易導致介質從填料處發(fā)生外漏。②嚴格控制密封圈和蝶板的加工精度及光潔度。③為保證閥體與閥桿配合面的同軸度，閥體上下通孔應一刀加工。

改進后，閥門最大最小扭矩波動變小，一般可以控制在10%左右。
3　防火、防靜電、防射出結構
隨著蝶閥在控制工藝過程中的使用，對處理碳氫化合物以及石油、石油化工、化學工業(yè)中易燃介質的高性能蝶閥提出了防火及防靜電的要求，另外在很多場合也提出了當管道異常升壓時閥桿防射出的要求。

防火型的高性能蝶閥用在要求發(fā)生火情環(huán)境下仍能可靠密封的場合。正常工作時，彈性閥座與蝶板接觸并保持密封。當發(fā)生火情時，一旦四氟密封圈被燒毀或軟化，金屬層在介質壓力作用下推向蝶板仍能起到密封作用。待災情解除后再予修復或更換。著火時，允許閥座、閥蓋或閥桿有少量的泄漏。 設計符合API607、API6FA耐火試驗的規(guī)定。當用戶提出防靜電要求時，閥門應設計靜電連通結構。蝶板與閥桿之間以及閥桿與閥體之間形成靜電通道。這樣，因摩擦而產(chǎn)生的靜電便通過閥桿傳到閥體，從而通過管道與地接觸，消除靜電積累。按照API609中對高性能蝶閥提出了閥桿需設置防射出機構的要求，當閥桿同蝶板連接處或閥桿內(nèi)部出現(xiàn)損壞時，由于內(nèi)壓作用，閥桿任何部分不致從閥門射出。此設計不應依賴于驅動裝置（如齒輪箱、驅動器、把手等）限制閥桿射出。
4　結語
高性能蝶閥具有體積小，質量輕，操作方便，操作力矩小、雙向密封、密封和調節(jié)性能好等優(yōu)點。目前高性能蝶閥向防火型、智能型方向的快速發(fā)展，將會給高性能蝶閥的應用開拓更為寬廣的領域。
參考文獻
[1]　API609-2004，雙法蘭式、凸耳式和對夾式蝶閥〔S〕.
[2]　章華友，晏澤榮，陳元芳，等.球閥設計與選用〔M〕.北京：北京科學技術出版社，1994：123-128.