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蝶閥以其成本低、體積小、質(zhì)量輕和壽命長等優(yōu)勢得到了廣泛的應用。隨著我國工業(yè)的發(fā)展，各行業(yè)對設(shè)備的性能要求越來越嚴格，尤其是在一些煤氣管道或其他有害物質(zhì)的管道中，要求蝶閥必須達到零泄漏，所以蝶閥的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計一直是重要的研究課題。本文應用TRIZ技術(shù)進化理論對蝶閥的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計的進化過程進行分析，并對其密封技術(shù)的發(fā)展和未來產(chǎn)品可能的密封結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行預測，為企業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新和開發(fā)提供借鑒。
2 TRIZ技術(shù)進化理論
TRIZ是俄文中發(fā)明問題解決理論的詞頭。該理論是前蘇聯(lián)G.S.Altshuler及其領(lǐng)導的一批研究人員，自1946年開始，在分析研究世界各國250萬件專利的基礎(chǔ)上，綜合多個學科領(lǐng)域的原理和法則形成的理論體系[1]。其主要目的是研究人類進行發(fā)明創(chuàng)造及解決技術(shù)難題過程中所遵循的科學原理和方法。其主要內(nèi)容包括，40個發(fā)明創(chuàng)造原理、39個技術(shù)特性、矛盾矩陣、物質(zhì)-場分析和發(fā)明問題解決算法等。
技術(shù)進化理論是TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving——發(fā)明問題解決理論）理論的基礎(chǔ)，也是其核心。技術(shù)進化理論將產(chǎn)品進化過程分為嬰兒期、成長期、成熟期和退出期等4個階段。處于嬰兒期及成長期的產(chǎn)品，企業(yè)應加大投入，對其結(jié)構(gòu)、參數(shù)等進行優(yōu)化，使其盡快成熟，從而為企業(yè)帶來更多利潤。處于成熟期產(chǎn)品，企業(yè)應對其替代技術(shù)進行研究，以便推出新一代產(chǎn)品，以應對未來的市場競爭。而對于退出期的產(chǎn)品，企業(yè)利潤急劇下降，應該盡快淘汰。
技術(shù)進化理論還研究技術(shù)進化模式、進化定律與進化路線。應用這些進化模式或定律以及進化路線可以預測產(chǎn)品的未來發(fā)展趨勢，把握新產(chǎn)品開發(fā)方向，為企業(yè)產(chǎn)品規(guī)劃提供具體的、科學的支持。
3 蝶閥密封結(jié)構(gòu)
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，蝶閥廣泛應用于管道控制系統(tǒng)，特別是其他控制閥類難以適用的大口徑管道控制系統(tǒng)。通常，蝶閥的閥座為固定式，其材質(zhì)有高分子聚合物和金屬兩類，聚合物閥座主要適用于溫度較低的工況，金屬密封閥座蝶閥雖然能滿足較高的溫度和壓力工況，但金屬閥座的彈性較聚合物閥座低，密封性能較差[2。蝶閥各種性能的改善與其不斷改進密切相關(guān)。如蝶閥的密封結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展先后經(jīng)歷了普通蝶閥、單偏心蝶閥、雙偏心蝶閥和三偏心蝶閥的演變過程（圖1）。
（a）普通蝶閥 （b）單偏心蝶閥 （c）雙偏心蝶閥 （d）三偏心蝶閥
圖1 蝶閥
3.1 普通蝶閥
幾個世紀以來，形如擋板的蝶閥一直用作流量控制裝置，蝶板的邊緣僅掃過管的內(nèi)徑，以改變流量，但不能緊密切斷流體的流動。隨著天然橡膠及人造橡膠襯層的應用，橡膠襯層開始用作密封材料，常見的襯膠蝶閥即屬于此類。該種蝶閥的結(jié)構(gòu)特征為閥桿中心、蝶板中心、閥體中心在同一位置上，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。因蝶板中心線兩側(cè)是相等的，故力矩和通過蝶板的壓力負載是平衡的，使蝶閥關(guān)閉時達到雙向緊密封，不存在不平衡區(qū)，減少了單邊泄漏。但由于它是以旋轉(zhuǎn)軸為中心的對稱結(jié)構(gòu)。它的密封面是處于軸的兩側(cè)，這樣的結(jié)構(gòu)，密封面的壓緊力與介質(zhì)的壓力永遠只有一半蝶板是相一致的，另一半則處于完全相反的方向。因此造成蝶閥密封性能不高。另外蝶板與閥座始終處于擠壓和刮擦狀態(tài)，阻力矩大，磨損快。為克服擠壓和刮擦，保證密封性能，閥座基本上采用橡膠或聚四氟乙烯等彈性材料，因此在使用上受到了溫度的限制。
3.2 單偏心蝶閥
為解決普通蝶閥的蝶板與閥座的擠壓問題產(chǎn)生了單偏心蝶閥。單偏心蝶閥的閥桿中心線與密封中心線錯開，形成不對稱結(jié)構(gòu)，以便不通過橡膠襯密封面，造成了蝶閥的密封面成為一個完整連續(xù)的圓弧曲面，這樣對于密封面的加工制造就非常方便，而且蝶板與閥座還可以進行研磨，這對于蝶閥的密封性能就有了充分的保證。蝶板上下端不再為回轉(zhuǎn)軸心，分散減輕了蝶板上下端與閥座的過度擠壓，能較快離開密封面，減小了配合面間的摩擦力。但是由于單偏心結(jié)構(gòu)在閥門的整個開關(guān)過程中蝶板與閥座的刮擦現(xiàn)象并未消失，故采用不多。
3.3 雙偏心蝶閥
雙偏心蝶閥的結(jié)構(gòu)特征是閥桿軸心偏離閥座的密封面中心，也偏離管路和閥門中心線[3]。雙偏心的效果使閥門開啟后，蝶板能迅速脫離閥座，大幅度地消除了蝶板與閥座的不必要的過度擠壓和刮擦等現(xiàn)象，減輕了開啟力矩，降低了磨損，提高了閥座壽命。刮擦的大幅度降低，同時還使得雙偏心蝶閥也可以采用金屬閥座，提高了蝶閥的適用溫度，但因為其密封原理屬于位置密封構(gòu)造，即蝶板與閥座的密封面為線接觸，通過蝶板擠壓閥座所造成的彈性變形產(chǎn)生密封效果，故對關(guān)閉位置要求很高（特別是金屬閥座），承壓能力較低，蝶板或閥體密封面的摩擦現(xiàn)象非常嚴重。
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