供水管网蝶阀选用注意要点探讨

        蝶阀是在供水管道上常用的阀门之一。蝶阀的通病有开、关费力费时，锈蚀，开裂，密封性差，不能快速处置爆管等突发事件，遇到这些情况只能无奈拆井换阀再砌井保养，耗资耗时。所以选用蝶阀应注意以下几方面问题。
        1 选用开、关省力的材质和结构
        （1）轴系材质。轴系包含阀体部分的上、下阀轴和减速箱内的齿轮轴、蜗杆。理想的轴系材质是马氏体不锈钢的2Cr13，通过调质和淬火处理，具备一定的硬度、强度、刚度、耐蚀性，不易弯曲变形。
        （2）针对阀杆锈死，可选用磨擦系数较小的自润滑轴承、多道密封圈和改善材质解决。
        （3）轴系结构设计要合理。有的产品其上、下阀轴与蝶板均采用销轴连接，与阀体采用轴套配合：蝶板及轴系受压时支撑点较远，蝶板变形及位移较大。正向受压时，密封面比压过大，开启困难；反向受压时，密封面比压不够，密封泄漏严重。而新型的蝶阀结构上轴套与蝶板为销轴连接，下阀轴与阀体固定连接而与蝶板之间为相对运动状态：蝶板与轴系的受力支撑间距大大缩短，受压时蝶板变形及位移控制在最小状态，密封面比压变化不是太大。因此阀门开、关省力。
        2 选用开、关省时机构
        2.1 阀门手动驱动装置
        设置二级减速机构，总输入力矩均不大于200N•m即可开启阀门，第一级为蜗轮蜗杆减速机构。其特点为：
        （1）蜗杆的轴向受力由常规的拉应力改为压应力，可使传动机构的承载能力大大增加，有效避免因启闭力过大而损坏机件。
        （2）二级机构采用行星轮传动或伞齿轮传动来过渡，与用传统双级蜗轮蜗杆传动相比传动效率高，启闭圈数少，启闭力矩小。
        （3）当阀门在地下卧式安装时，二级减速机构为行星减速机构。该机构对于卧式安装可从操作部位直接显示阀门开关角度，即为双向显示设计。在不同的操作方位都能清晰地观察到阀门的启闭状态。该机构操作灵活、省力，只需1人即可轻松手动启闭阀门。
        2.2 采用双偏心结构
        关闭时阀板密封面随偏心位移靠向阀体密封圈进行挤压密封，密封圈受压均匀，密封性能可靠；开启时阀板只需转过很小一个角度，阀板密封面就与阀体密封圈脱离了，减少了密封面之间的磨擦，使阀门经久耐用并省时省力（见图1）。

图1 偏心结构示意

        3 选用防止阀体锈蚀的涂装工艺
        （1）涂装前处理。阀体、阀板等铸件采用树脂砂造型工艺，在涂装之前，铸件应经抛丸处理，达到GB/T8923——1988中规定的Sa21/2表面处理等级，并在完成后6h内进行涂装。并经磷化处理，以彻底清除浮锈、油脂和附着物。
        （2）喷涂与质保。静电喷涂环氧树脂粉末工艺，涂层固化后不溶解于水，涂层厚度≥300μm，有耐3kV电压的绝缘性能。涂层附着力按GB/T9286——1998。涂料采用阿克苏环氧粉末涂料，有相应的材料检验报告、进料单等相关证明和国家卫生部门的检测报告。
        4 选用高强度的阀体铸件和结构
        （1）蝶阀应为全铸型伸缩型（法兰型）双向金属硬密封蝶阀（伸缩型蝶阀与伸缩器为一体）。全铸型蝶阀相对于组焊型蝶阀的优点在于：全铸型阀体、阀板本身的耐腐蚀性、抗磨性、抗压抗震性及抗变形性远优于钢板组焊阀体、阀板。
        （2）阀轴与阀板的连接。阀杆采用半轴，嵌入轴孔的长度不小于轴径的1.5倍。阀板采用桁架式结构，具有抗压强度高、导流性好、流阻小、过流面积大、节能的特点。阀轴与阀板的连接采用锥销连接和专有的膨胀销连接（见图2）。该结构可有效消除阀轴与蝶板之间间隙且抗压扭防松性能强，启闭可靠。阀轴最薄弱处应能满足力矩及有关参数要求。阀轴与阀板的连接要能承受阀门最大扭矩1.5倍的强度，阀杆伸出端密封圈不少于三道。

图2 膨胀销剖视

        （3）阀门执行机构自锁性强，在阀板全开和全关之间的任意位置运行和静止均不会产生蠕动和颤动。阀门的操作机构有足够的刚、强度，足以承受阀门的启闭力矩，确保阀板启闭时的稳定性；在蜗轮箱上设有开和关的限位器和开度指示器；传动机构能承受二倍的额定力矩而无任何损害，蜗杆在运行中不对蜗轮箱产生拉力。
        5 选用密封性可靠的结构
        （1）具有正、反双向密封功能。安装中不为介质流向所限（若只需控制单向介质，应优先采用有利于密封的方向安装），也不受空间位置的影响，可在任何方向安装。
        （2）改良密封结构。阀体阀板主体材料为球墨铸铁，阀板密封部位用不锈钢1Cr18Ni9Ti双面包焊（如图3），加工后经过滚压抛光，表面组织致密且硬度得到提高，阀体密封圈通过机械方式固定在阀体上，采用同种不锈钢加工表面作氮化处理，经该工艺措施确保密封副有HRC8~20的硬度差，此将有效延长使用寿命，并有很好的防结垢及密封自清理能力。

图3 密封结构

        （3）每台蝶阀出厂前应进行正、反向水压密封试验（1.1倍公称压力），密封均达到国标要求，并出示详细的检验、试验记录和完整的检测报告。
        6 选用开、关传动系统密封性可靠的结构
        （1）阀门的轴套及轴系密封的设计。阀门的轴套采用自润滑轴承，磨擦系数小，上阀轴处的密封采用两道自补偿型密封圈，材料为NBR。下阀轴处的密封采用O型密封圈进行密封，可靠性高且便于更换。为避免介质内杂质进入轴套，在上下阀轴轴套端面加装一道防泥沙O型密封圈，结构见图4。

图4 轴套轴系密封

        （2）蜗轮箱体的密封设计：蜗轮箱体所有与外部相通的运动部位及固定连接部位均设计有密封元件，箱内充有油脂或油液，能适用于有尘、潮湿等恶劣环境，并可以浸泡在3m深水中长期使用，防护等级达IP68级，并应提供蜗轮驱动装置检验报告。
        7 所选配的电动执行器
        电动执行器为选配件，应满足：采用专用密封电机，防水等级达标，绝缘等级F；阀门启闭位置均设限位机构，并设过载保护机构；设置阀门开度就地位置指示及远传动态显示机构，具有开度反馈输出（使用4~20mA电流）；具有开关控制、到位触点，上述触点接线引出应满足就地及远方控制要求（DCS控制要求）；采用一体化电装，电气元器件均集中于电装中，具有远程控制、阀位信号（开到位、关到位各两组以上）等接点。
        8 应用效果
        上述选用蝶阀时所涉及的技术、工艺和材料的科技含量较高、综合性能较好且有现实性，并在国内蝶阀上已经得到应用。我司早在2003年就按以上要求来逐步选用蝶阀，应用在水厂和市政管线上，在使用运行的7年中，未有过如阀杆锈死，关闭跑位偏移漏水和壳体开裂锈蚀严重等情况，并体会到开关圈数少省时省力和密封性可靠，特别是遇到爆管、挖机损坏管道及管网改造时，可快速手电切换到位，对突发事件能及时处置；并节约阀门维修费用，拆井换阀砌井保养均已避免。我司新建的第四水厂、水源厂及在建的昆山长江引水工程中，按上述要求选用规格DN500~2200的蝶阀，至今总共近千台。其中对DN2200及其以上口径的，全部由第三方省级产品质量监督检验院检测合格后方可发运，并提供检验报告原件。