隨著我國經(jīng)濟(jì)和電力行業(yè)的飛速發(fā)展，對高性能、大口徑液控蝶閥的需求越來越大。液控蝶閥主要應(yīng)用于水電站水輪機(jī)進(jìn)口，或水利、電力和給排水等各類泵站的水泵出口。工作時(shí)，液控蝶閥與管道主機(jī)連鎖控制，按照水力過程控制原理，通過電氣控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的啟閉控制程序，實(shí)現(xiàn)管路的截止，有效消除水錘對管路的沖擊，起到保護(hù)管路系統(tǒng)安全的作用。
結(jié)構(gòu)特性
液控蝶閥主要由三偏心金屬密封蝶閥、機(jī)械傳動裝置、液壓油缸、液壓泵站和電氣控制系統(tǒng)等組成（圖1）。
三偏心金屬密封蝶閥
三偏心金屬密封蝶閥主要由閥體、蝶板、密封圈和閥桿等組成（圖2）。閥桿旋轉(zhuǎn)中心與閥體軸向中心（管）之間有一個(gè)偏離X，閥桿旋轉(zhuǎn)中心與閥座密封面之間的偏離Y，密封錐面中心線與管道軸線間夾角θ。偏心X和Y的結(jié)合產(chǎn)生了一種凸輪效應(yīng)。當(dāng)閥門開啟時(shí)，蝶板可以快速脫離閥座，有效的減小了蝶板與閥座的磨損，降低了閥門的開關(guān)力矩。三偏心金屬密封蝶閥具有啟閉靈活，力矩小，操作簡單，使用壽命長等特點(diǎn)。
機(jī)械傳動裝置
機(jī)械傳動部分主要由箱體、箱蓋、開關(guān)指示、齒輪、齒條、齒條座和調(diào)整座等組成，齒輪齒條傳動將液壓缸的直線推力運(yùn)動轉(zhuǎn)換成閥門的圓周運(yùn)動，驅(qū)動閥門進(jìn)行啟閉動作。
液壓油缸部分 液壓油缸部分主要由缸體、活塞、活塞桿、缸頭和缸蓋等組成。液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，使機(jī)械實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動。
液壓泵站部分 液壓泵站主要由油箱、液壓集成塊、電機(jī)、高壓油泵、蓄能器和管路等組成。根據(jù)液控蝶閥的動作要求，液控泵站主要由兩條控制油路和一條輔助油路控制閥門的啟閉、緩閉和游動等動作。
電氣控制部分 電氣控制部分主要由控制箱柜、低壓電器、可編程控制器（PLC）和轉(zhuǎn)換電源等組成。控制系統(tǒng)以PLC為核心，可提供對單個(gè)蝶閥的現(xiàn)場手動和遠(yuǎn)距離手動，可接受來自DCS的控制信號，與循環(huán)水泵配合聯(lián)動。提供蝶閥卡澀報(bào)警，蓄能器壓力低和異常報(bào)警，過扭矩報(bào)警，油源濾油器堵塞報(bào)警，油箱液位超高或超低報(bào)警等功能。執(zhí)行開閥操作時(shí)，如在規(guī)定時(shí)間內(nèi)蝶閥未能正常開啟，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動停循環(huán)水泵。
蝶閥
（1）殼體最小壁厚
鋼及合金鋼圓形閥體（圖3）的最小壁厚tB為
（1）
式中 p———計(jì)算壓力，MPa
Dn———計(jì)算內(nèi)徑，mm
［σL］———許用拉應(yīng)力，MPa
C———腐蝕余量，mm
蝶板
三偏心蝶閥的蝶板（圖4）受力比較復(fù)雜，采用估算法算出蝶板的厚度，然后用Solidworks或有限元分析軟件進(jìn)行校核，確定蝶板的合適尺寸。
閥桿力矩閥桿力矩M為
式中 MM———密封面間摩擦力矩，N·mm
MC———閥桿軸承摩擦力矩，N·mm
MT———密封填料摩擦力矩，N·mm
MJ———靜水力矩，N·mm
MD———動水力矩，N·mm
qM———密封面必需比壓，MPa
R———蝶板密封半徑，mm
bM———密封面接觸寬度，mm
fM———密封面摩擦因數(shù)
h———閥桿與蝶板中心的偏心距，mm
FC———作用在閥桿軸承上的載荷，N
fC———軸承摩擦系數(shù)
bM———密封面接觸寬度，mm
dF———閥桿直徑，mm
D———蝶板直徑，mm
ρ———介質(zhì)密度，N/mm3
g———重力加速度，mm/s2
mΦ———動水力系數(shù)
H———最大靜壓水頭，mm
H=9.8´104（p+Δp） （8）
Δp———壓力升值，MPa
qv———體積流量，m3/h
A———管子截面積，m2
t———關(guān)閥時(shí)間，s
εΦ———蝶板開度為Φ°時(shí)的流阻系數(shù)
ε0———蝶板開度為0°時(shí)的流阻系數(shù)
V———介質(zhì)流速，mm/s
（4）閥桿強(qiáng)度
一般情況下，蝶閥的閥桿通常選用沒有臺階的整體棒料加工（圖5），其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τN為
式中 W———抗扭斷面系數(shù)，mm3
［τN］———材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa
（5）支架法蘭螺栓
螺栓的組合設(shè)計(jì)有多種形式，應(yīng)根據(jù)蝶閥支架的結(jié)構(gòu)形式（圖6）進(jìn)行受力分析。
單個(gè)螺栓載荷力Fo和螺栓小徑d為
式中 Kn———安全系數(shù)
Z———螺栓數(shù)量
r———螺栓孔距中心半徑，mm
μ———結(jié)合面摩擦系數(shù)
［σ］———材料的許用應(yīng)力，MPa
3.2 齒輪
（1）齒輪（圖7）分度圓上的圓周力Ft
（13）
式中 T———傳遞的扭矩，N·m
df———分度圓直徑，mm
（2）接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度
強(qiáng)度簡化公式為
式中 a———中心矩，mm
d1———小齒輪中心圓直徑，mm
m———端面模數(shù)，mm
Z1———小齒輪齒數(shù)
Φa，Φd，Φm———齒寬系數(shù)
u———齒數(shù)比
YFS———復(fù)合齒形系數(shù)
σHP———許用接觸應(yīng)力，MPa
σFP———許用彎曲應(yīng)力，MPa
T1———傳遞的額定轉(zhuǎn)矩，N·m
K———載荷系數(shù)
（1）內(nèi)徑
當(dāng)液壓油缸的理論推力和供油壓力為已知時(shí)，則無活塞桿側(cè)的缸筒內(nèi)徑Dw和有活塞桿側(cè)的缸筒內(nèi)徑Dy為
式中 dh———活塞桿直徑，m
P———供油壓力，MPa
F1，F(xiàn)2———液壓缸的理論推力和拉力，N
（2）螺栓強(qiáng)度
缸筒與端部用法蘭連接時(shí)，螺紋處的拉應(yīng)力σL、剪應(yīng)力τL和合成應(yīng)力σn為
式中 F———缸筒端部承受的最大推力，N
Kj———擰緊螺紋的系數(shù)
K1———螺紋連接的摩擦因數(shù)
dL———螺紋底徑，m
［σp］———材料的許用應(yīng)力，MPa
3.4泵站
（1）液壓泵的流量
（22）
式中 T———工作循環(huán)周期時(shí)間，s
Vi———第i個(gè)執(zhí)行元件在周期內(nèi)的耗油量，m3
z———工作周期中需要系統(tǒng)供油進(jìn)行工作的執(zhí)行元件數(shù)
Kx———系統(tǒng)泄漏系數(shù)（Kx=1.1～1.2）
（2）電動機(jī)驅(qū)動功率
式中 PN———液壓泵額定壓力，MPa
QN———液壓泵額定流量，L/min
ηp———液壓泵的總效率
Φ———轉(zhuǎn)換系數(shù)
（3）蓄能器
蓄能器是將壓力液體的液壓能轉(zhuǎn)換為勢能貯存起來，當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)再由勢能轉(zhuǎn)化為液壓能而做功的容器。因此，蓄能器可以作為輔助的或是應(yīng)急的動力源，可以補(bǔ)充系統(tǒng)的泄漏、穩(wěn)定系統(tǒng)的工作壓力，以及吸收泵的脈動和回路上的液壓沖擊等。蓄能器用液壓缸容積Vi和蓄能器的總?cè)莘eVo為
式中 Ai———液壓缸工作腔有效面積，m2
Li———液壓缸行程，m
Ki———系統(tǒng)泄漏系數(shù)（Ki=1.2～1.25）
VW———蓄能器有效工作容積，L
Po———充氣壓力，MPa
P1———最低工作壓力，MPa
P2———最高工作壓力，MPa
n———指數(shù)，絕熱過程（n=1.4，對氮?dú)夂涂諝猓?/div>
3.5 電控系統(tǒng)
電控部分可采用一套系統(tǒng)同時(shí)控制一臺機(jī)組的一臺循環(huán)水出口蝶閥的控制方式，電控系統(tǒng)由動力部分、控制部分和電源部分組成。
動力部分是三相交流電控制油泵電機(jī)，由斷路器手動控制電路的通斷，交流接觸器控制油泵的啟動和停止，熱過載是保護(hù)油泵電機(jī)過熱而燒壞。
控制部分主要以PLC智能控制器為核心，經(jīng)編程可接收開、關(guān)、停、游動、閥門位置信號和泵站的控制信號等，可輸出油泵電機(jī)控制信號、開、關(guān)、停、游動和泵站的控制信號等。
電源部分是為PLC提供低壓穩(wěn)定的電源及外控電磁閥和指示部分提供電源。有電源轉(zhuǎn)換器，指示燈包括控制電源、開關(guān)閥指示、游動指示、全開和全關(guān)指示，電磁閥有開閥電磁閥、關(guān)閥電磁閥、保壓電磁閥和緩閉電磁閥。
