杨杰、杨连成、谢建国
精工阀门集团有限公司 浙江省温州市 325000
摘要：1930年前后蝶阀被美国人发明，而后在世界范围内得到了广泛应用。随着阀门产业发展和技术原理进化，蝶阀种类不断丰富。基于此，本文将基于技术进化理论，对蝶阀密封结构的进化过程进行研究。文章从蝶阀结构类分类出发，对蝶阀密封结构的演变情况进行概述，然后从多角度出发论述蝶阀密封结构的技术进化路线，希望能为相关工作人员带来参考。
关键词：蝶阀；技术进化；密封结构；进化路线
前言：工业设备性能要求的提升，推动了阀门产业发展，作为阀门行业当中的佼佼者，蝶阀行业得到了飞速发展。当前，蝶阀在煤气管道、有毒有害物质管道当中十分常见，为了满足安全性要求蝶阀必须具备良好的密封性。因此，蝶阀结构优化问题一直深受人们关注，蝶阀的密封结构也在不断进化。
1蝶阀密封结构的进化过程
蝶阀的密封性能要求较高，所以其密封结构技术不断推陈出新。从性能角度来看，蝶阀具有结构简单、体积小、调节性能良好、质量轻、流体阻力小且安装方便的特点，还具有密封性能小、启闭力矩小、操作方式灵活的优势[1]。近百年间，蝶阀密封结构技术经过了多重演变，蝶阀结构种类也得到了丰富。当前，蝶阀的密封结构进化过程主要包括以下几个阶段。
1.1无偏心阶段
无偏心蝶阀是最为初级的蝶阀类型，这种普通蝶阀大多以橡胶衬层为密封材料，阀门具有改变流速、流量的作用但无法紧密切断流体流动。在这一阶段，蝶阀密封结构主要由阀杆、蝶板和阀体组合而成，三者的中心在同一位置。这种蝶阀的结构十分简单，一旦蝶阀关闭就可实现双向紧密封将避免单边泄漏情况。不过，这种密封结构也存在明显缺陷。比如，过盈量大小严重影响密封性能；蝶板关闭时易挤压密封圈，引发堆积凸台甚至密封圈断裂，导致密封性能下降。
1.2单偏心阶段
蝶阀密封结构进化的第二个阶段，出现了单偏心蝶阀。此类型蝶阀密封结构同样具有简单性、特点，但是阀杆轴心不再跟蝶阀中心重合，二者出现了偏离。这样一来，蝶阀密封环节可形成连续性、完整性密封面，它将以圆弧曲面形式存在，具有十分突出的易加工特点。在该结构之下，蝶阀的阀座与阀板上下端的挤压问题得到了解决，配合面摩擦力将会大大降低，可进一步提升蝶阀密封性。单偏心蝶阀的双向密封效果并不统一，通常来说正向密封性优于反向，不过在使用橡胶软密封后可以保证双向密封效果。这种蝶阀密封结构的主要缺点在于，蝶板、阀座刮擦问题无法彻底消除，所以难以保证使用寿命。
1.3双偏心阶段
为了进一步提高蝶阀密封性，双偏心蝶阀应运而生。这种阀门对单偏心问题进行了改善，阀轴偏移距离增加，轴心与密封点之间的连线与密封面的角度大于90度。在实际应用过程中，双偏心蝶阀可采用橡胶密封或金属硬密封，蝶板与阀座之间的刮擦作用会大幅降低，阀座的使用寿命会得到延长。对双偏心蝶阀而言，最容易引发密封失效的问题就是密封面摩擦加剧，此类型擦伤将严重干扰蝶阀性能。
1.4三偏心阶段
现阶段，应用范围最广的蝶阀类型就是三偏心蝶阀，其阀杆的轴心既偏离蝶板中心，又偏离阀体中心。这种结构的蝶阀有着密封性、耐火性和稳定性高的性能优势。在实际应用过程中，三偏心蝶阀的阀座和蝶板磨损问题将得到有效缓解，操作扭矩也有效降低，所以更具使用便捷性、省力性和耐久性[2]。这种蝶阀主要采用金属密封，所以对高温或低温环境的适应力极强。当然，三偏心蝶阀也存在缺陷。比如，难以实现零泄漏、密封圈截面尺寸精确度要求极高。
2蝶阀密封结构的进化路线
目前，我们可从多维化、柔性化、智能化、结构化等角度出发，对蝶阀密封结构的进化路线进行分析，以便于全面分析蝶阀密封结构的技术进化原理和状态。
2.1多维化分析
从无偏心蝶阀到三偏心蝶阀，蝶阀密封结构的系统维度数不断增加。在实践工作当中，无偏心蝶阀可被视为零维状态，单偏心蝶阀、双偏心蝶阀和三偏心蝶阀则分别对应着一维、二维、三维状态。从蝶阀密封结构的多维化进化路线当中，不难看出结构复杂性和蝶阀空间分割方式的改变，对蝶阀性能产生了深刻影响，蝶阀阀杆的运动空间在不断发生变化。
2.2柔性化分析
蝶阀密封结构的柔性化进化路线，也经历了多个过程。在产品更新换代过程中，蝶阀密封结构当中的刚性体进化为单铰接、多铰接和弹性体，而后又朝着气液分子结构和场的方向再次进化。从实际情况来看，蝶阀密封结构的柔性进化已经进入了上述阶段当中的最后阶段，但现有核心技术成熟度不高，蝶阀阀座的填充流体介质压力控制难度相对较大，所以实用性难以保障。
2.3智能化分析
当前，信息技术在阀门制造业的应用范围极广，推动着阀门产业的智能化发展。所以智能化也同样是蝶阀密封结构的进化路线之一。在实践工作当中，蝶阀密封结构从直接开工逐渐进化至智能反馈控制。期间，经历了中介物质控制和通过反馈控制两个阶段。从这个角度来看，蝶阀密封结构的智能性越来越高，电动蝶阀控制系统的自动化水平也不断提升，为提高蝶阀使用质效、增强蝶阀控制水平提供了极大辅助。
2.4结构化分析
结构进化同样是蝶阀的主要进化路线，在开展产品的结构化进化路线分析时，相关工作人员可以从空间分割与几何体两方面着手。蝶阀密封结构的空间分割进化路线属于微观进化路线，从最初的单一实体进化至毛细管结构，这种多孔相进化是蝶阀密封、耐腐蚀、耐高温、高强度、轻质量等性能优势的开发基础。现阶段，蝶阀密封结构当中，用于制造蝶板的材料大多为不锈钢实心板，多孔设计理念的应用可以减轻蝶板重量，满足实际应用要求。而从几何体角度来看，蝶阀密封结构的几何体复杂性不断提升，这一进化路线的主要特征就是从简单到复杂。最初，蝶阀几何体属于简单形体，经过技术改进和设计优化逐渐产生了异形体，最终演变成复杂形体。
结论：综上所述，蝶阀密封结构不断朝着柔性化、智能化方向进化，结构优越性不断，与蝶阀的实际应用要求高度契合。分析蝶阀密封结构的技术进化路线，有助于明确蝶阀的密封结构状态特点和优势，更可以对蝶阀密封结构的未来发展趋势和要求进行合理分析，对促进蝶阀产业的可持续发展十分有利。
参考文献：
[1]王建新,师晓东,张清双.偏心蝶阀阀座结构分析及选用[J].阀门,2020(06):38-41.
[2]杨玲玲,张建斌.三偏心金属密封蝶阀密封结构的改进设计[J].中国设备工程,2019(04):72-73.