首页-火星平台！近二十年来，我国实体经济在“可持续发展”战略的引领下，迈入快速发展轨道。上至国家空间站的规划建设、5G时代“新基础”的建设，下至民生工程、脱贫攻坚等，齐头并进，呈现出前所未有的激情浪花。然而，工业经济的发展，离不开基础设施设备的支持，阀门作为工艺管道中主要的控制部件，往往在关键环节起着至关重要的作用。尤其是在易燃易爆、有毒物质等特殊介质的紧急切断环节，不允许出现半点差错。但是当前，我国在这些关键卡脖子技术上，长期受到国外技术的制约，不得不采用进口产品，漫长的交货期常常使项目的建设在关键环节显得非常被动。
本文重点从结构设计上，介绍一种新型超低温零摩擦密封补偿式蝶阀，这种新型结构的阀门，对比相同口径压力的其他蝶阀，带压开启的扭矩只需要四分之一左右，而且在开关速度上也有很大的提升，在需要紧急切断介质的工况中，优势非常明显。希望该新型阀门的出现，能解决部分客户的难点痛点，为工业经济的发展做出一点贡献。
常见偏心硬密封蝶阀的结构如图1所示，主要由阀体、蝶板、密封圈（一般为不锈钢金属件直接加工而成或多层次粘合而成）、密封压板、阀杆以及紧固件等组合而成。
技术要点剖析：当前最常见的偏心硬密封蝶阀主要分为两种，双偏心结构和三偏心结构。虽然在各种推广和介绍的文案中有提到四偏心或者五偏心硬密封结构蝶阀，其根源都是在三偏心的基础上演变而来的。这种蝶阀的密封面加工，都是借用专用工装，利用偏心结构的原理，旋转车削出斜圆锥状密封面，这种密封面的每一个截面都不相同。在蝶板关闭时，斜圆锥状密封面从上下轴孔位置逐渐向三点钟、九点钟位置贴合，利用轴孔（阀杆位置）的偏心带动蝶板予以一定补偿，建立初始密封。这种蝶阀从理论上来讲，蝶板上的密封圈和阀座的密封面之间是几乎没有过盈配合关系的，这一点可以利用三维建模来予以验证。但是在实际生产装配中，工人大多数都会默认给予一点过盈量达到强制密封的效果，也有部分生产企业是在硬密封蝶阀装配完成后，在进行密封压力测试时，根据实际泄漏的情况，通过进一步关紧执行机构，来达到过盈配合密封的目的。
虽然大多数情况下，针对常温使用的工况而言，阀门的泄漏问题都可以通过以上方法得到暂时解决。但是在低温甚至超低温工况下，所有的零配件都会因热胀冷缩的影响，出现不同程度的变形，尤其是密封圈和阀体密封面这个关键位置，斜锥面的结构更会因为形状不规则或者壁厚不均匀等因素的影响而导致收缩方向不同、收缩量大小不一的现象。所以，采用以上这种常见的补偿形式，难以达到BS6364中的密封等级要求，更不能满足MESC SPE 77-200壳牌对超低温阀门在低温工况下的性能要求。
如图2所示为活动可更换阀座硬密封蝶阀的结构，其主要由阀体、密封圈（一般为不锈钢金属件直接加工而成或多层次粘合而成）、密封压板、阀杆、斜锥销（部分企业是圆柱销）、蝶板、活动阀座以及紧固件等组合而成。
技术要点剖析：针对BW（焊接端）连接形式的阀门维修困难的问题，在常规偏心硬密封蝶阀的基础上衍生出可更换阀座的密封结构。这种可更换阀座的金属密封蝶阀蝶板和密封压板以及密封圈与常规结构无明显差异，金属阀座和阀体为分体式结构，相当于在常规本体式结构的基础上，将阀座单独分离出来。分体式阀座与阀体之间一般采用金属垫片建立密封，分体阀座背后设立多开环，螺钉与多开环通过螺纹连接形式，并穿过螺纹孔，顶在活动阀座背面，通过充分拧紧一圈螺钉，促使活动阀座与阀体之间建立有效密封，此处一般为静态密封，一般不会出现损坏现象。
当阀座和密封圈之间因为动态磨损或其他原因导致密封泄漏时，可以通过打开预留的维修人孔，拆掉螺钉，去除多开环，从而实现更换活动阀座或者密封圈等核心密封件。这种结构相对于常规本体式的密封形式而言，维修所需要的时间、维修成本等方面具备一定的优势，但整体的开启和关闭的方式以及密封原理没有改变。在每次关闭时，密封圈和阀座密封面之间还是需要通过一定的磨损过盈来达到密封的效果，所以在产品的使用寿命上，会有一定的影响，尤其对于开关比较频繁的介质切断位置，这种问题显得尤为突出。针对这种由于阀门关闭而形成的磨损现象，我司研制出了一种新型零摩擦密封补偿式蝶阀，该阀的密封件在关闭的时候，零件之间没有动态磨损，寿命显著提高。
如图3所示为零摩擦密封补偿式蝶阀的结构和实物图，其主要由阀体、阀座、阀杆、销、滑槽、蝶板以及紧固件组合而成。其中滑槽一般与阀杆中心线°角，可根据阀门口径大小和开启时间予以微调，角度越大，阀座与蝶板脱离越快，对各零件的刚性要求越高。
技术要点剖析：该新型零摩擦蝶阀同样是应用了三偏心硬密封蝶阀的开关原理，但是在开启和关闭的瞬间，对阀杆和蝶板的连接部位做了改进。当蝶阀需要开启时，先转动阀门顶部的手轮，此处是应用截止阀螺纹和螺母传动的原理，将阀杆通过螺纹传动向上提升，阀杆会带动滑块一起向上移动，此时，销会通过滑块当中的滑槽做相对运动，即向下滑动（实际是滑块提升，滑槽上移）。而销是和蝶板连接在一起的，且滑槽是具有一定角度的，所以会强制性地将蝶板向阀杆侧拉动，这样就会将蝶板的密封面和阀座的密封面轻松分离。当蝶板和阀座的密封面二者分离后，管道中的介质就能通过密封面之间的缝隙轻松实现泄压，此时，阀门并未完全开启，但阀前和阀后之间的压差已经很小了，几乎可以忽略不计，只需要轻松转动手轮下面的旋转扳手，即可将蝶板旋转到与流道平行的位置，从而轻松实现阀门的全开。
相反，当阀门需要关闭时，首先将手轮下方的扳手旋转90°，此时因为阀门并未全部关闭，且蝶板的密封面和阀座的密封面之间有间隙，所以二者之间也不存在摩擦力，整个过程只有阀杆与填料位置的摩擦力和下阀杆与轴承的摩擦力，二者都比较小，能够轻松实现。然后再转动顶部的手轮，同样利用螺纹传动的原理，阀杆会自然向下移动，带动滑块向下移动，销在滑槽内部，做相对运动，因为滑槽角度的存在，会很自然地带动蝶板向阀座密封面靠近，直至与阀座紧密贴合，从而实现密封，让阀门实现完全关闭。整个开启和关闭的过程中，蝶板的密封面和阀座的密封面都是在静态无磨损的情况下实现分离的，所以他们之间是没有任何摩擦的，对密封面的使用有很好的保护作用。
在整个实现的过程中，虽然应用了截止阀的传动原理，但是所需要的操作力比截止阀开关的力小很多，因为截止阀的开关是通过手轮转动来压紧阀瓣，很多时候都需要借助加长杆型的F扳手来实现。但是在该蝶阀的密封过程中，阀杆向下传动时，蝶板是顺着介质流向相同的方向移动，就不需要克服介质的反向推力，所以这种结构的蝶阀比传动的蝶阀扭矩会更低。在实际扭矩对比测试中，同口径同压力下，该结构的硬密封蝶阀操作扭矩只有传统蝶阀的四分之一左右。针对这个优势，很多传统蝶阀需要蜗轮来开启的地方，应用新型零摩擦蝶阀只需要手柄+手轮即可轻松实现操作。尤其是在需要智能操作的位置，该新型蝶阀因为扭矩更轻，所需要配备的执行器就相对会小很多，整机的成本会降低很多，优势非常明显。
在超低温领域，大多数阀门之所以能在常温下轻松实现密封，而在低温工况下，密封性能就非常艰难，最主要的原因还是极低的温度导致金属件的金相组织发生了变化，从而导致密封件产生了微小的变形，尤其是在类似蝶阀这种关键密封件的密封面不规则情况下，这种变形尤为突出。而常规的硬密封蝶阀很少有密封补偿能力，所以只要产生了泄漏，使用常规措施无法解决问题。新型的零摩擦密封补偿式蝶阀的优点是能在低温下补偿这种密封，销在滑槽中滑动时，一般滑槽都会预留一定的裕量，当低温下密封面收缩导致泄漏时，可以通过再关紧一点手轮，能够通过销带动蝶板更贴合阀座密封面，整个过程都是类似静态压紧，将旋转运动转变为蝶板的径向微动，达到密封作用。在实际操作过程中，其实只要密封面的光洁度足够好，这个位置不需要像硬密封截止阀那么大的补偿力，就能够实现良好的密封效果。其次从长期使用的角度来看这个阀门，即使密封面经过长时间的使用，有轻微正常的腐蚀，只要和阀座配合的面没有损坏，也是可以通过这个滑块的移动来补偿密封的，这些都是常规硬密封蝶阀所不能实现的。除了以上优点之外，这种新型蝶阀在利用手轮实现初始开启后，只需要扳手做90°旋转，即可快速开启。和同类型的硬密封蝶阀相比，开启和关闭所需要的时间也缩短了很多，这在需要紧急切断介质的位置使用上优势也非常明显。
从以上三种不同典型蝶阀的分析可以看出，三偏心蝶阀的最基本原理没有变，相比较而言，虽然第二种可更换阀座的蝶阀也能够通过背后的多开环上的蝶形弹簧来给予一定的补偿，但是补偿能力很有限，且这个蝶形弹簧的主要作用是为了防止螺丝松动，这种结构主要还是通过快速更换阀座结构达到密封。而新型零摩擦密封补偿式蝶阀的补偿形式就非常明显，顶部螺纹传导的结构，具有充足的弥补能力，且蝶板和阀座密封面之间在开启和关闭的时候，二者是先由手轮带动实现无摩擦分离的，然后再做旋转运动，所以零摩擦的特性就特别明显，正因如此，密封面的寿命也会更长久。无论是在常温工况，还是在超低温领域，零摩擦密封补偿式蝶阀都有比较好的前景。
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