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摘 要：近年来，三偏心硬密封蝶阀在满足顾客要求上显示出不可替代的优势，其在石油、化工、冶金、水电等领域得到广泛的应用。本文就三偏心硬密封蝶阀的结构特征、使用中存在的问题及阀门密封形式及原理做了相关研究。
关键词：三偏心蝶阀；结构特点；密封性能
随着国民经济的发展，大口径阀门需求量增加，且压力、温度、密封性、耐蚀性、可靠性要求也越来越高。近年来，三偏心硬密封蝶阀在满足顾客要求上显示出不可替代的优势，它重量轻、结构紧凑、启闭迅速、密封性能好、密封材料耐温高、使用寿命长，因而在石油、化工、冶金、水电等领域得到广泛的应用。
一、三偏心硬密封蝶阀的结构特征
1.所谓三偏心，就是在碟板的回转轴线和板密封面中设置一个轴向偏心（尺寸为а），在阀体通道轴线中设置一个径向偏心（尺寸为b）；而阀座的回转轴线和阀体通道轴线形成了一个角度偏心（β）。
2.奠定在双偏心应用的基础上，在阀座的回转轴线和阀体通道轴线中形成了角度β，如果偏心密封的蝶阀处于完全开启状态，那么就会与阀座的密封面脱离，此时在板密封面和阀座密封面之间形成一个间隙c。对于偏置的β角来说，会在长半径、短半径等转动板的大半圆和小半圆中形成一道轨迹切线，和阀座的密封面形成不同的夹角；当蝶阀处于不同的开启或关闭状态时，与阀座密封面相比，板密封面逐渐脱离或者压紧，以此避免在频繁开启或者关闭蝶阀过程中引发的机械摩擦或损伤问题。
三偏心蝶阀同单偏心、双偏心蝶阀一样，阀门的启闭是在0～90度之间实现的。由于三偏心中的β角，使板密封面在开启的瞬间立即脱离阀座密封面，只有在启闭的瞬间，板密封面才会接触并压紧阀座密封面。在此同时密封副两密封面之间的密封比压主要是由阀杆外加驱动力矩产生，不仅消除了常见偏心蝶阀中因弹性阀座、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，而且可以通过外加驱动力对其密封比压任意调整，进而改善了蝶阀密封性能，大大提高使用寿命。
设计者通过对管路系统中的工况要求研究，把三偏心金属密封蝶阀密封选择成这一密封结构形型式。在管路系统中当三偏心蝶阀处于完全关闭状态时，由于三偏心中的β角及偏移量b使蝶板在管道介质流向（阀门设计的最有利方向）压力作用下紧靠阀座，在此同时板上叠层金属片及石墨等与阀座会紧密贴合在一起，叠层钢片可承受很高的压力，以此来确保管路系统中工况压力的要求。夹层石墨等耐高温材料在管道比压作用下与阀座紧密接触，用其微量变形对机加工精度及密封面磨损补偿，保证了系统中的密封要求。当压力不断增加时，则两密封副之间的压力差也就不断增加，两接触密封面靠的越紧，密封效果也就越好。这种密封形式在工作管路系统中有着耐高温，高压及耐腐蚀，抗磨损等优良的密封性能。
二、使用中存在的问题研究
1.介质正面冲刷密封面
叠层密封面是由软硬叠式密封圈不锈钢板和高温石墨等叠加而成，其密封圈固定在蝶板上，当板处于常开状态下时，管道系统中的介质对其密封面形成了正面冲刷。三偏心蝶阀的密封形式是根据金属不锈钢板的微量变形和高温石墨软叠层对加工精度及磨损补偿来完成密封的。所以当阀门处于常开状态下时，叠层密封圈上的不锈钢板和高温石墨等受到管道系统内介质的直接冲刷，直接影响密封副之间的密封性能，从而会导致阀门的泄漏。
2.反向承受压力低
一般的金属密封蝶阀为双偏心或三偏心结构，板密封几何形状常采用锥形或球形，密封副之间的弹性是通过板的径向压缩和正向的介质的推力产生“偰块效应”，使密封副之间产生柔性接触而实现正向密封，而反向效果较差。因此只能在要求单向密封的管路中使用。
三、阀门密封形式及原理
阀门作为管道中控制元件，不论以何种结构形式，在管道中所起的作用都是来控制和调节管道中介质而存在，因此对阀门的密封副有着特殊的要求。
1.密封形式
接触密封副相对运动，有动密封和静密封之分。一般来说接触密封较为严密；接触密封可分为两类：一弹性密封。主要由高分子的弹性材料制作而成，通过密封材料的弹性作用，支持塑性变形的补偿，可有效避免间隙问题；同时具有结构简单、成本低廉、密封效果良好等特征，但是耐热的程度相对较低、使用寿命十分有限，大多在参数较低的密封中运用；二非弹性密封。该种方法的密封面主要是石墨、金属等非弹性的材料，在磨损补偿机构、微量弹性变形中应用，对结构加工提出较高要求，因此成本相对较高，具有良好的耐热性、耐寒性，在高参数密封中应用，使用寿命较长。
2.密封原理
密封的重要目标在于避免泄漏问题，但是应该客观分析泄漏的原因，通过各种方法、途径，避免发生介质泄漏问题。当密封副之间的间隙在流体分子直径之下，就可以确保流体不泄漏。一般避免液体泄漏的间隙应保持在0.003微米之内；而经过精细研磨，在金属表面的粗糙程度也超过了0.1微米。因此完全通过控制密封面粗糙度的方法来提高密封性能，可操作性不强；如果增加管道内的密封比压，压平密封面的微观高峰，将间隙降低到流体不能通过的情况下，可实现密封作用。
3.阀门密封副
阀门密封副是指阀座与关闭件相互接触进行关闭的部分。在使用过程中，金属密封面易受夹入介质和磨损颗粒的影响，还受到冲刷，腐蚀和气蚀的损害。如果磨损颗粒比表面的不平整度大，在密封磨合时期表面精度就会变坏。因此磨损颗粒的大小仅取决于材料和工况，还取决于介质的润滑性和对密封面沾染腐蚀的介质情况。
一般情况下，密封件选择耐冲刷力强、耐腐蚀性强并且抗磨损的材料为佳，否则不能应用于密封面。
四、结论
综上所述，影响阀门密封性能的因素很多，也很复杂，主要体现在以下几个方面：
（1）受到介质的物理特征影响，如温度、湿度、亲水性等。
（2）密封面的结构，由于密封并不属于绝对的刚性，因此在密封力作用下，再加上受到工况环境的影响，必将影响结构尺寸的变化，进而在密封副之间形成一道作用力，降低了密封性能。
（3）密封副材料，主要表现在密封副材料的选择和匹配。
（4）密封比压，主要由阀前与阀后的压力差、外力等决定，将对密封性、可靠性产生直接影响。
关键词：三偏心蝶阀；结构特点；密封性能
随着国民经济的发展，大口径阀门需求量增加，且压力、温度、密封性、耐蚀性、可靠性要求也越来越高。近年来，三偏心硬密封蝶阀在满足顾客要求上显示出不可替代的优势，它重量轻、结构紧凑、启闭迅速、密封性能好、密封材料耐温高、使用寿命长，因而在石油、化工、冶金、水电等领域得到广泛的应用。
一、三偏心硬密封蝶阀的结构特征
1.所谓三偏心，就是在碟板的回转轴线和板密封面中设置一个轴向偏心（尺寸为а），在阀体通道轴线中设置一个径向偏心（尺寸为b）；而阀座的回转轴线和阀体通道轴线形成了一个角度偏心（β）。
2.奠定在双偏心应用的基础上，在阀座的回转轴线和阀体通道轴线中形成了角度β，如果偏心密封的蝶阀处于完全开启状态，那么就会与阀座的密封面脱离，此时在板密封面和阀座密封面之间形成一个间隙c。对于偏置的β角来说，会在长半径、短半径等转动板的大半圆和小半圆中形成一道轨迹切线，和阀座的密封面形成不同的夹角；当蝶阀处于不同的开启或关闭状态时，与阀座密封面相比，板密封面逐渐脱离或者压紧，以此避免在频繁开启或者关闭蝶阀过程中引发的机械摩擦或损伤问题。
三偏心蝶阀同单偏心、双偏心蝶阀一样，阀门的启闭是在0～90度之间实现的。由于三偏心中的β角，使板密封面在开启的瞬间立即脱离阀座密封面，只有在启闭的瞬间，板密封面才会接触并压紧阀座密封面。在此同时密封副两密封面之间的密封比压主要是由阀杆外加驱动力矩产生，不仅消除了常见偏心蝶阀中因弹性阀座、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，而且可以通过外加驱动力对其密封比压任意调整，进而改善了蝶阀密封性能，大大提高使用寿命。
设计者通过对管路系统中的工况要求研究，把三偏心金属密封蝶阀密封选择成这一密封结构形型式。在管路系统中当三偏心蝶阀处于完全关闭状态时，由于三偏心中的β角及偏移量b使蝶板在管道介质流向（阀门设计的最有利方向）压力作用下紧靠阀座，在此同时板上叠层金属片及石墨等与阀座会紧密贴合在一起，叠层钢片可承受很高的压力，以此来确保管路系统中工况压力的要求。夹层石墨等耐高温材料在管道比压作用下与阀座紧密接触，用其微量变形对机加工精度及密封面磨损补偿，保证了系统中的密封要求。当压力不断增加时，则两密封副之间的压力差也就不断增加，两接触密封面靠的越紧，密封效果也就越好。这种密封形式在工作管路系统中有着耐高温，高压及耐腐蚀，抗磨损等优良的密封性能。
二、使用中存在的问题研究
1.介质正面冲刷密封面
叠层密封面是由软硬叠式密封圈不锈钢板和高温石墨等叠加而成，其密封圈固定在蝶板上，当板处于常开状态下时，管道系统中的介质对其密封面形成了正面冲刷。三偏心蝶阀的密封形式是根据金属不锈钢板的微量变形和高温石墨软叠层对加工精度及磨损补偿来完成密封的。所以当阀门处于常开状态下时，叠层密封圈上的不锈钢板和高温石墨等受到管道系统内介质的直接冲刷，直接影响密封副之间的密封性能，从而会导致阀门的泄漏。
2.反向承受压力低
一般的金属密封蝶阀为双偏心或三偏心结构，板密封几何形状常采用锥形或球形，密封副之间的弹性是通过板的径向压缩和正向的介质的推力产生“偰块效应”，使密封副之间产生柔性接触而实现正向密封，而反向效果较差。因此只能在要求单向密封的管路中使用。
三、阀门密封形式及原理
阀门作为管道中控制元件，不论以何种结构形式，在管道中所起的作用都是来控制和调节管道中介质而存在，因此对阀门的密封副有着特殊的要求。
1.密封形式
接触密封副相对运动，有动密封和静密封之分。一般来说接触密封较为严密；接触密封可分为两类：一弹性密封。主要由高分子的弹性材料制作而成，通过密封材料的弹性作用，支持塑性变形的补偿，可有效避免间隙问题；同时具有结构简单、成本低廉、密封效果良好等特征，但是耐热的程度相对较低、使用寿命十分有限，大多在参数较低的密封中运用；二非弹性密封。该种方法的密封面主要是石墨、金属等非弹性的材料，在磨损补偿机构、微量弹性变形中应用，对结构加工提出较高要求，因此成本相对较高，具有良好的耐热性、耐寒性，在高参数密封中应用，使用寿命较长。
2.密封原理
密封的重要目标在于避免泄漏问题，但是应该客观分析泄漏的原因，通过各种方法、途径，避免发生介质泄漏问题。当密封副之间的间隙在流体分子直径之下，就可以确保流体不泄漏。一般避免液体泄漏的间隙应保持在0.003微米之内；而经过精细研磨，在金属表面的粗糙程度也超过了0.1微米。因此完全通过控制密封面粗糙度的方法来提高密封性能，可操作性不强；如果增加管道内的密封比压，压平密封面的微观高峰，将间隙降低到流体不能通过的情况下，可实现密封作用。
3.阀门密封副
阀门密封副是指阀座与关闭件相互接触进行关闭的部分。在使用过程中，金属密封面易受夹入介质和磨损颗粒的影响，还受到冲刷，腐蚀和气蚀的损害。如果磨损颗粒比表面的不平整度大，在密封磨合时期表面精度就会变坏。因此磨损颗粒的大小仅取决于材料和工况，还取决于介质的润滑性和对密封面沾染腐蚀的介质情况。
一般情况下，密封件选择耐冲刷力强、耐腐蚀性强并且抗磨损的材料为佳，否则不能应用于密封面。
四、结论
综上所述，影响阀门密封性能的因素很多，也很复杂，主要体现在以下几个方面：
（1）受到介质的物理特征影响，如温度、湿度、亲水性等。
（2）密封面的结构，由于密封并不属于绝对的刚性，因此在密封力作用下，再加上受到工况环境的影响，必将影响结构尺寸的变化，进而在密封副之间形成一道作用力，降低了密封性能。
（3）密封副材料，主要表现在密封副材料的选择和匹配。
（4）密封比压，主要由阀前与阀后的压力差、外力等决定，将对密封性、可靠性产生直接影响。