减小调节阀和截止阀启闭扭矩的装置

迟晓光
(河北金桥平衡阀门有限公司，河北献县062252)

摘要:介绍了一种能够大幅度减小承受介质进口压强的面积，从而减小阀门启闭扭矩的装置，解决了大口径调节阀和截止阀必须配置大型执行机构的问题。

关键词:截比阀;调节阀;力矩;阀瓣;介质压力

1 概述

阀门是承受内压的机械产品，因而必须有足够的刚度和强度，以保证长期使用不发生变形或破裂。启闭力和启闭力矩是指阀门开启或关闭所必须施加的作用力或力矩，是阀门在介质压力作用下动作的一项综合技术指标。关闭阀门时，需要使启闭件与阀座两密封面间形成一定的密封比压，同时还要克服阀杆与填料之间、阀杆与螺母的螺纹之间、阀杆端部支撑处及其他摩擦部位的摩擦力，因而必须施加一定的关闭力和关闭力矩。另外，阀门在启闭过程中，所需要的启闭力和启闭力矩是变化的。为了减小操作力矩，大口径阀门大多采用蜗轮蜗杆变速机构，启闭的操作过程耗时较长。

2 分析

阀门在关闭状态时，假定启闭件(阀瓣)一侧承受进口介质的压强，另一侧承受的是大气压强(即阀瓣承受大压差)。公称通径越大，承受进口压强的面积越大。以DN200的阀门为例，启闭件直径是小200mm、承受进口压强为1.6MPa，启闭件承受的压力P = 10² × π × 16 ≈  5026kgf。可见启闭件直径越大即面积越大是启闭力矩大的主要因素。大幅度减小承受介质进口压强的面积，才能减小阀门启闭扭矩，解决大口径调节阀和截止阀必须配置大型执行机构的问题。

3 结构

在阀瓣上面设置圆柱形筒体，在阀盖下面设计相对于阀体固定的圆筒形支架。在筒体和支架上面安装隔膜，隔膜的内径部分用锁紧螺母压紧在筒体上，外径部分分别与阀体和支架压紧。在阀盖与隔膜之间形成一个密闭的空腔，用以隔绝阀瓣两侧的介质压力，支架内设计凸台，对隔膜在阀瓣关闭状态时进行支撑。

将阀瓣承受高压介质一侧和密闭空腔一侧设计出通道，使高压介质通过通道进入空腔，下面与空腔成为连通器结构，即空腔与高压介质一侧等压。将阀杆与阀瓣的传动设计成非密封结构，即阀瓣上阀杆螺母的孔为通孔(图1)。

4 性能

按密封原理，密封可分为强制密封和自紧密封。强制密封中的介质压力总是趋于减小密封比压，降低阀门的密封性能，故启闭阀门所需的扭矩大。自紧密封中的介质压力总是趋于加大密封比压，提高阀门的密封性能，故启闭阀门所需的扭矩要小。设阀瓣承受介质压力的最大直径为D，圆柱形筒体的直径为d，忽略阀杆与密封件等的摩擦力。

1.阀体 2.阀瓣 3.隔膜 4.阀盖

小扭矩调节阀和截止阀启闭装置的密封可设计为3种形式。当d²/D² > 1时，密封形式为自紧密封，这时，子当d²/D²的值越大，自紧密封越可靠，而开启阀门的扭矩就越大。当当d²/D²< 1时，密封形式为强制密封，这时，当d²/D²的值越小，关闭阀门的扭矩就 越大，开启阀门的扭矩就越小。当当d²/D²=1 时，密封形式为介于自紧密封和强制密封之间，这时，启闭阀门的扭矩趋于相等，只需克服阀杆与其他零件的摩擦阻力即可。

应用于流体介质进行控制的调节阀和截止阀采用减小扭矩装置，可以在阀瓣承受大压差条件下，用很小的扭矩启闭阀门。由于阀杆承受的轴向压力很小，阀杆直径和阀杆螺母尺寸都可以减小，降低了阀门的制造成本。由于阀门启闭力矩的减小，调节阀和截止阀不再需要因启闭时操作扭矩大而必须配备大型执行机构。装置可与阀门进出口垂直设置，也可与阀门进出口倾斜一定角度设置。

5 结语

减小调节阀和截止阀启闭扭矩装置能够大幅度减小承受介质进口压强的面积，从而减小阀门启闭操作机构，降低了阀门制造成本，提高了阀门的性能，扩大了阀门的使用范围。