|
蝶阀以其成本低、体积小、质量轻和寿命长等优势得到了广泛的应用。随着我国工业的发展，各行业对设备的性能要求越来越严格，尤其是在一些煤气管道或其他有害物质的管道中，要求蝶阀必须达到零泄漏，所以蝶阀的密封结构设计一直是重要的研究课题。本文应用TRIZ技术进化理论对蝶阀的密封结构设计的进化过程进行分析，并对其密封技术的发展和未来产品可能的密封结构状态进行预测，为企业产品的创新和开发提供借鉴。
2 TRIZ技术进化理论
TRIZ是俄文中发明问题解决理论的词头。该理论是前苏联G.S.Altshuler及其领导的一批研究人员，自1946年开始，在分析研究世界各国250万件专利的基础上，综合多个学科领域的原理和法则形成的理论体系[1]。其主要目的是研究人类进行发明创造及解决技术难题过程中所遵循的科学原理和方法。其主要内容包括，40个发明创造原理、39个技术特性、矛盾矩阵、物质-场分析和发明问题解决算法等。
技术进化理论是TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving——发明问题解决理论）理论的基础，也是其核心。技术进化理论将产品进化过程分为婴儿期、成长期、成熟期和退出期等4个阶段。处于婴儿期及成长期的产品，企业应加大投入，对其结构、参数等进行优化，使其尽快成熟，从而为企业带来更多利润。处于成熟期产品，企业应对其替代技术进行研究，以便推出新一代产品，以应对未来的市场竞争。而对于退出期的产品，企业利润急剧下降，应该尽快淘汰。
技术进化理论还研究技术进化模式、进化定律与进化路线。应用这些进化模式或定律以及进化路线可以预测产品的未来发展趋势，把握新产品开发方向，为企业产品规划提供具体的、科学的支持。
3 蝶阀密封结构
随着现代工业技术的飞速发展，蝶阀广泛应用于管道控制系统，特别是其他控制阀类难以适用的大口径管道控制系统。通常，蝶阀的阀座为固定式，其材质有高分子聚合物和金属两类，聚合物阀座主要适用于温度较低的工况，金属密封阀座蝶阀虽然能满足较高的温度和压力工况，但金属阀座的弹性较聚合物阀座低，密封性能较差[2。蝶阀各种性能的改善与其不断改进密切相关。如蝶阀的密封结构技术发展先后经历了普通蝶阀、单偏心蝶阀、双偏心蝶阀和三偏心蝶阀的演变过程（图1）。
（a）普通蝶阀 （b）单偏心蝶阀 （c）双偏心蝶阀 （d）三偏心蝶阀
图1 蝶阀
3.1 普通蝶阀
几个世纪以来，形如挡板的蝶阀一直用作流量控制装置，蝶板的边缘仅扫过管的内径，以改变流量，但不能紧密切断流体的流动。随着天然橡胶及人造橡胶衬层的应用，橡胶衬层开始用作密封材料，常见的衬胶蝶阀即属于此类。该种蝶阀的结构特征为阀杆中心、蝶板中心、阀体中心在同一位置上，结构简单，制造方便。因蝶板中心线两侧是相等的，故力矩和通过蝶板的压力负载是平衡的，使蝶阀关闭时达到双向紧密封，不存在不平衡区，减少了单边泄漏。但由于它是以旋转轴为中心的对称结构。它的密封面是处于轴的两侧，这样的结构，密封面的压紧力与介质的压力永远只有一半蝶板是相一致的，另一半则处于完全相反的方向。因此造成蝶阀密封性能不高。另外蝶板与阀座始终处于挤压和刮擦状态，阻力矩大，磨损快。为克服挤压和刮擦，保证密封性能，阀座基本上采用橡胶或聚四氟乙烯等弹性材料，因此在使用上受到了温度的限制。
3.2 单偏心蝶阀
为解决普通蝶阀的蝶板与阀座的挤压问题产生了单偏心蝶阀。单偏心蝶阀的阀杆中心线与密封中心线错开，形成不对称结构，以便不通过橡胶衬密封面，造成了蝶阀的密封面成为一个完整连续的圆弧曲面，这样对于密封面的加工制造就非常方便，而且蝶板与阀座还可以进行研磨，这对于蝶阀的密封性能就有了充分的保证。蝶板上下端不再为回转轴心，分散减轻了蝶板上下端与阀座的过度挤压，能较快离开密封面，减小了配合面间的摩擦力。但是由于单偏心结构在阀门的整个开关过程中蝶板与阀座的刮擦现象并未消失，故采用不多。
3.3 双偏心蝶阀
双偏心蝶阀的结构特征是阀杆轴心偏离阀座的密封面中心，也偏离管路和阀门中心线[3]。双偏心的效果使阀门开启后，蝶板能迅速脱离阀座，大幅度地消除了蝶板与阀座的不必要的过度挤压和刮擦等现象，减轻了开启力矩，降低了磨损，提高了阀座寿命。刮擦的大幅度降低，同时还使得双偏心蝶阀也可以采用金属阀座，提高了蝶阀的适用温度，但因为其密封原理属于位置密封构造，即蝶板与阀座的密封面为线接触，通过蝶板挤压阀座所造成的弹性变形产生密封效果，故对关闭位置要求很高（特别是金属阀座），承压能力较低，蝶板或阀体密封面的摩擦现象非常严重。
|
