蝶阀密封原理详解

（１）中线蝶阀的密封原理 中线蝶阀的典型密封结构如图３-５４所示。

其密封原理为，阀板加工时保证其密封面具有合适的表面粗糙度值，合成橡胶阀座在模压成形时形成密封面合适的表面粗糙度值。阀门关闭时，通过阀板的转动，阀板的外圆密封面挤压合成橡胶阀座，使合成橡胶阀座产生弹性变形而形成弹性力作为密封比压保证阀门的密封。

图３-５５所示密封结构采用了聚四氟乙烯、合成橡胶构成复合阀座。其特点在于阀座的弹性仍然由合成橡胶提供并利用聚四氟乙烯的摩擦因数低、不易磨损、不易老化等特性，采用聚四氟乙烯作为阀座密封面材料，从而使蝶阀的寿命得以提高。

图３-５４ 中线蝶阀典型密封结构

图３-５５ 聚四氟乙烯、合成橡胶复合阀座的中线蝶阀密封结构

图３-５６所示密封结构采用了聚四氟乙烯、合成橡胶和酚醛树脂构成复合阀座，使阀座在具有弹性的同时强度更好。

图３-５７所示密封结构，为在图３-５５密封结构基础上将阀板用聚四氟乙烯全包覆，使蝶阀具有抗腐蚀性。

（２）单偏心密封蝶阀的密封原理 图３-５８所示为一种典型的单偏心密封蝶阀密封结构。

１）结构特征。阀板的回转中心（即阀门轴中心）位于阀体的中心线上，且与阀板密封截面形成一个ａ尺寸偏置。

２）密封原理。由于阀板的回转中心（即阀门轴中心）与阀板密封截面按ａ偏心设置，使阀板与阀座上的密封面形成一个完整的整圆，因而在加工时更易保证阀板与阀座密封面的表面粗糙度值。

由图３-５８的Ａ—Ａ剖视图可见，当单偏心密封蝶阀处于完全开启状态时，其阀板密封面会完全脱离阀座密封面，在阀板密封面与阀座密封面之间形成一个间隙ｘ，该类蝶阀的阀板从０°～９０°开启时，阀板的密封面会逐渐脱离阀座的密封面。通常的设计，当阀板从０°转动至２０°～２５°时阀板密封面即可完全脱离阀座密封面，从而使蝶阀启闭过程中，阀板与阀座的密封面之间相对机械磨损、挤压大为降低，蝶阀的密封性能得以提高。

图３-５６ 聚四氟乙烯、合成橡胶和酚醛树脂复合阀座的中线蝶阀密封结构

图３-５７ 聚四氟乙烯全包覆中线蝶阀密封结构

图３-５８ 单偏心密封蝶阀密封结构

当关闭蝶阀时，通过阀板的转动，阀板的外圆密封面逐渐接近并挤压聚四氟乙烯阀座，使聚四氟乙烯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。

图３-５９、图３-６０、图３-６１、图３-６２为该类蝶阀的常用密封结构图。图３-５９所示密封结构，采用整体阀座，合成橡胶密封圈被置于阀板上。图３-６０所示密封结构，采用了聚四氟乙烯、合成橡胶构成复合阀座。其特点在于阀座的弹性仍然由合成橡胶提供并利用聚四氟乙烯的摩擦系数低、不易磨损、不易老化等特性，采用聚四氟乙烯作为阀座密封面材料，从而使蝶阀的寿命得以提高。图３-６１所示密封结构，采用Ｚ形截面聚四氟乙烯阀座，Ｚ形截面形状可使蝶阀关闭时，介质压力作用于阀座，由介质压力在密封面间产生一定的密封比压，帮助密封副更好地密封。图３-６２所示密封结构，采用不锈钢金属密封阀座，使蝶阀可在高温状态下使用。

图３-５９ 单偏心蝶阀合成橡胶密封的结构

图３-６０ 单偏心蝶阀聚四氟乙烯合成橡胶复合阀座密封结构

图３-６１ 单偏心蝶阀Ｚ形聚四氟乙烯阀座密封结构

图３-６２ 单偏心蝶阀不锈钢金属密封阀座结构

３）密封副密封性能失效的主要原因。①在蝶阀启闭过程中，阀板转动挤压弹性软质阀座时，阀板与阀座发生机械磨损、擦伤等现象；②阀板挤压弹性阀座后，弹性阀座或阀板弹性层产生永久塑性变形及冷流、弹性失效等；③弹性阀座或阀板弹性层的材质老化失效等；④介质汽蚀、冲蚀密封面。

４）单偏心密封蝶阀的特点。①结构较中式密封蝶阀复杂，成本稍高；②密封性能较中线密封蝶阀更好；③使用寿命较中式密封蝶阀更长，使用压力也较高。

（３）双偏心密封蝶阀的密封原理 图３-６３所示为一种典型的双偏心密封蝶阀密封副结构。该类蝶阀通常被称为高性能蝶阀。

１）结构特征。阀板回转中心（即阀门轴中心）与阀板密封截面形成一个尺寸ａ偏置，并与阀体中心线形成一个尺寸ｂ偏置。

２）密封原理。由于在单偏心密封蝶阀的基础上将阀板回转中心（即阀门轴中心）再与阀体中心线形成一个尺寸ｂ偏置，其偏置后的结果由图３-６３的Ａ—Ａ剖视图可见，当双偏心密封蝶阀处于完全开启状态时，其阀板密封面会完全脱离阀座密封面，并且在阀板密封面与阀座密封面之间形成一个比单偏心密封蝶阀中ｘ间隙更大的间隙ｙ。而由图３-６４可见，由于尺寸ｂ偏置的出现，还会使阀板的转动半径分为长半径转动和短半径转动，在长半径转动的阀板大半圆上，阀板密封面转动轨迹的切线会与阀座密封面形成一个θ角，使阀板启闭时阀板密封面相对阀座密封面在一个渐出脱离和渐入挤压的作用，从而更为降低阀板启闭时蝶阀密封副两密封面之间的机械磨损和擦伤。

图３-６３ 双偏心密封蝶阀密封副结构

该类蝶阀的阀板从０°～９０°开启时，阀板的密封面会比单偏心密封蝶阀更快地脱离阀座密封面。通常的设计，当阀板从０°转动至８°～１２°时阀板密封面即可完全脱离阀座密封面，从而使蝶阀在启闭过程中，阀板与阀座的密封面之间相对机械磨损、挤压转角行程更短，从而使机械磨损、挤压变形更为降低，蝶阀的密封性能更为提高。

当关闭蝶阀时，通过阀板的转动，阀板的外圆密封面逐渐接近并挤压聚四氟乙烯、弹簧钢丝复合阀座，使其产生弹性变形而形成弹性力作为密封比压保证蝶阀密封。其中采用弹簧钢丝缠绕聚四氟乙烯的作用在于使阀座具有更大、更好的弹性。

图３-６５、图３-６６、图３-６７、图３-６８、图３-６９为该类蝶阀的常用密封结构图。图３-６５所示密封结构，采用聚四氟乙烯阀座，并设置有防火结构，当蝶阀的聚四氟乙烯阀座被事故着火烧损后，不锈钢金属密封圈便发挥作用使蝶阀保持紧急密封。图３-６６所示密封结构，采用不锈钢制开口金属Ｏ形圈密封阀座。图３-６７所示密封结构，采用不锈钢金属Ｕ形圈密封阀座。图３-６８所示密封结构，采用聚甲醛密封阀座。图３-６９所示密封结构，采用双不锈钢金属密封阀座，可使蝶阀在双向压力作用下均可得到良好密封性。

图３-６４ 双偏心蝶阀开启、关闭原理

图３-６５ 双偏心蝶阀聚四氟乙烯阀座

图３-６６ 双偏心蝶阀开口金属Ｏ形圈阀座

图３-６７ 双偏心蝶阀不锈钢金属Ｕ形圈阀座

图３-６８ 双偏心蝶阀聚甲醛阀座(www.xing528.com)

图３-６９ 双偏心蝶阀双不锈钢阀座

３）密封副密封性能失效的主要原因。①在蝶阀启闭过程中，阀板转动挤压弹性软质阀座时，阀板与阀座发生机械磨损、擦伤等现象；②阀板挤压弹性阀座后，弹性阀座或阀板弹性层产生永久塑性变形及冷流、弹性失效等；③弹性阀座或阀板弹性层的材质老化失效等；④介质汽蚀、冲蚀密封面。

４）双偏心密封蝶阀的特点。①结构较单偏心密封蝶阀复杂，成本稍高；②密封性能较单偏心密封蝶阀更好；③使用寿命较单偏心密封蝶阀更长，使用压力也较高。

（４）三偏心密封蝶阀的密封原理 图３-７０为一种典型的三偏心密封蝶阀密封副结构简图。

１）结构特征。阀板回转中心（即阀门轴中心）与阀板密封面形成一个尺寸ａ偏置，并与阀体中心线形成一个ｂ偏置；阀体密封面中心线与阀座中心线（即阀体中心线）形成一个角度为β的角偏置。

２）密封原理。由于在双偏心密封蝶阀的基础上，将阀座中心线再与阀体中心线形成一个β角偏置，其偏置后的结果由图３-７１的Ａ—Ａ剖视图可见，当三偏心密封蝶阀处于完全开启状态时，其阀板密封面会完全脱离阀座密封面，并且在阀板密封面与阀体密封面之间形成一个与双偏心密封蝶阀相同的间隙ｙ，而由图３-７２可见，由于β角偏置的形成会使长、短半径转动的阀板大、小半圆上，阀板密封面转动轨迹的切线与阀座密封面形成一个θ_１角和θ_２角。

使阀板启闭时阀板密封面相对于阀座密封面渐出脱离和渐入压紧，从而彻底消除了阀板启闭时蝶阀密封副两密封面之间的机械磨损和擦伤。

该类蝶阀从０°～９０°开启时，阀板的密封面会在开启的瞬间立即脱离阀座密封面，在其９０°～０°关闭时，只有在关闭的瞬间，其阀板密封面才会接触并压紧阀座密封面。

由图３-７２可见，由于θ_１、θ_２角的形成，使蝶阀关闭时，其密封副两密封面之间的密封比压可以由常规蝶阀的阀座弹性产生改为外加于阀门轴的驱动转矩产生，不仅消除了常规蝶阀中弹性阀座弹性材料老化、冷流、弹性失效等因素造成的密封副两密封面之间的密封比压降低和消失，而且可以通过对外加驱动转矩的改变实现对其密封比压的任意调整，从而使三偏心密封蝶阀的密封性能和使用寿命得到大大的提高。

图３-７０ 三偏心金属密封蝶阀密封副结构简图

图３-７１ 三偏心金属密封蝶阀开启状态图

图３-７２ 垂直板三偏心金属密封蝶阀关闭状态图

图３-７３为采用斜置阀板关闭的一种结构。

３）密封副密封性能失效的主要原因。介质对密封副两密封面的汽蚀、冲蚀。

４）三偏心密封蝶阀的特点。①密封副设计复杂，制造难度大，成本高；②密封性能非常好；③使用寿命特别长，使用压力高。

（５）充压密封蝶阀的密封原理 图３-７４所示为一种典型充压密封蝶阀密封结构。

１）结构特点。①在阀座或阀板上设有外部介质充压腔；②在外部介质压力的作用下，阀座或阀板上的密封元件可产生弹性变形；③在向密封元件充压之前，阀板密封面与阀座密封面之间存在少量间隙或微量过盈。

图３-７３ 斜板三偏心金属密封蝶阀关闭状态图

２）密封原理。当阀板转动至关闭位置以后，向设置于阀座或阀板上的密封元件充压，使密封副紧密接触并形成密封比压，保证蝶阀密封。在蝶阀开启之前，卸去对密封元件的充压，因而大大降低了蝶阀的启闭力矩，其操作轻便、灵活。

图３-７５所示密封结构，采用不锈钢金属阀座。

３）密封副密封性能失效的主要原因。①密封元件的充、卸压与蝶板启闭状态联锁失效；②密封元件老化弹性失效，充压时不产生变形；③密封副机械磨损、擦伤；④介质汽蚀、冲蚀密封面。

４）充压密封蝶阀的特点。①对密封元件的充压、卸压应与蝶阀的启闭状态实现联锁，因而结构复杂、成本高；②密封性能好；③使用寿命长，使用压力也较高。

（６）自动密封蝶阀的密封原理 图３-７６所示为一种自动密封蝶阀的密封结构。

１）结构特点。①当阀座或阀板上的密封元件设计时，保证阀板处于关闭位置后，密封元件在介质压力的作用下可产生弹性变形；②在阀板处于关闭位置时，密封副两密封面间有少量的过盈。

２）密封原理。①当阀板转动至关闭状态时，阀板少量挤压阀座，使密封副两密封面间建立起初始密封比压；②由于介质压力的作用，使阀座或阀板上的弹性密封元件产生弹性变形并在密封副两密封面之间形成足够的密封比压，以保证蝶阀的密封。

图３-７７所示密封结构，采用勾形圈金属密封阀座。

３）密封副密封性能失效的主要原因。①密封元件老化弹性失效，在介质压力作用下不产生弹性变形；②密封副机械磨损、擦伤；③介质汽蚀、冲蚀密封面。

４）自动密封蝶阀的特点。①相对充压密封蝶阀结构简单，成本低；②密封性能受介质压力变化影响大；③当介质压力降低时，很难密封；④可根据使用需要设计成单向或双向密封。

图３-７４ 充压密封蝶阀密封结构

图３-７５ 充压密封蝶阀不锈钢金属阀座密封结构

图３-７６ 自动密封蝶阀的密封结构

图３-７７ 勾形圈金属密封阀座密封结构