Diseño de válvula de mariposa excéntrica y análisis de rendimiento de sellado

Aválvula de mariposaEs un tipo de válvula que se utiliza para regular y cerrar el fluido en una tubería. Sus características estructurales incluyen un diámetro de cuerpo de válvula pequeño, paredes delgadas y peso ligero. El mecanismo de cierre de la válvula es un gran disco con forma de mariposa que puede girar hacia adelante y hacia atrás dentro del canal de la tubería de la válvula, lo que permite funciones de apertura y cierre. La forma de la placa de mariposa se asemeja a un disco con forma de mariposa, de ahí el nombre "válvula de mariposa".

Ya en el siglo IV a. C., los antiguos griegos comenzaron a utilizar válvulas de mariposa simples. Estas válvulas estaban hechas de un par de placas de metal utilizadas para controlar el flujo de agua. En aquel momento, este tipo de válvula se llamaba "válvula de mariposa", es decir, una válvula que "agita como una mariposa". Con el avance de la tecnología y el desarrollo industrial, la estructura y los materiales de las válvulas de mariposa se han mejorado continuamente y ahora se utilizan ampliamente en diversos campos.
La válvula de mariposa recibe su nombre principalmente porque su estructura y forma son similares a las de una mariposa. Este tipo de válvula tiene apariencia de mariposa y características dinámicas. Con el tiempo, el término "válvula de mariposa" evolucionó gradualmente hasta convertirse en la actual "válvula de mariposa". Además, las válvulas de mariposa tienen una estructura simple, son fáciles de usar y tienen un buen rendimiento de sellado, por lo que se utilizan ampliamente en diversas situaciones.
Una válvula de mariposa estándar consta de los siguientes componentes:
Cuerpo: Sirve como capa exterior de la válvula, proporcionando paso de fluido y una base de montaje. El material se elige en función de las características del medio (como hierro fundido, acero inoxidable, etc.).

Los tipos de sellado de válvulas de mariposa se pueden dividir en válvulas de mariposa de sellado blando y válvulas de mariposa de sellado duro.

Una válvula de mariposa de sellado blando se refiere a una válvula en la que un lado del par de sellado está hecho de material metálico y el otro lado está hecho de material elástico no metálico. Este tipo de sello tiene un buen rendimiento de sellado, pero no es resistente a altas temperaturas, es propenso al desgaste y mecánicamente más débil. Los materiales de los asientos de las válvulas de mariposa de sellado blando incluyen dos tipos de caucho, EPDM y NBR, así como fluoroplástico PTFE. Estos tres materiales brindan a las válvulas de mariposa de sello blando un excelente rendimiento de sellado, pero debido a las limitaciones inherentes de los materiales, las válvulas de mariposa de sello blando no se pueden usar en ambientes de alta temperatura o alta presión. Además, la resistencia a la erosión del material de la superficie de sellado de las válvulas de mariposa de sellado blando no es tan buena como la de los materiales metálicos, por lo que su vida útil es relativamente más corta en comparación con las válvulas de mariposa de sellado duro.

Una válvula de mariposa de sello duro se refiere a una válvula en la que ambos lados del par de sellado están hechos de metal u otros materiales relativamente duros. Este tipo de sello tiene un rendimiento de sellado relativamente pobre, pero es resistente a altas temperaturas, al desgaste y tiene buenas propiedades mecánicas. Una válvula de mariposa de sello duro utiliza un disco circular (el componente de sellado) que gira con el eje de la válvula para abrir o cerrar la tubería, y sirve principalmente como válvula de cierre, pero también puede diseñarse para proporcionar funciones de cierre y estrangulación. El uso de válvulas de mariposa de sello duro está aumentando en tuberías de baja presión, mediano y gran diámetro. El disco de mariposa de la válvula de mariposa de sello duro se instala a lo largo del diámetro de la tubería. Dentro del paso cilíndrico del cuerpo de la válvula, la mariposa en forma de disco gira alrededor de un eje con un ángulo que oscila entre 0° y 90°; cuando se gira a 90°, la válvula está completamente abierta. La válvula de mariposa de sellado tiene una estructura simple, tamaño pequeño y peso liviano, y consta de solo unas pocas piezas. Se puede abrir o cerrar rápidamente con solo una rotación de 90°, lo que facilita su operación. Además, esta válvula eléctrica tiene buenas características de control de fluidos. Cuando la válvula de mariposa está completamente abierta, el espesor del disco es la principal resistencia al medio que fluye a través del cuerpo de la válvula, por lo que la caída de presión generada por la válvula es muy pequeña, lo que le otorga buenas características de control de flujo.

Las válvulas de mariposa de sellado blando son en su mayoría válvulas de mariposa de tipo concéntrico, mientras que las de sellado duro son en su mayoría válvulas de mariposa de excéntrica simple, doble excéntrica o triple excéntrica.

La característica de diseño de una válvula de mariposa céntrica radica en la alineación coaxial del eje del vástago de la válvula, el centro del disco y el centro del cuerpo de la válvula. Su estructura es sencilla y fácil de fabricar. Sin embargo, este tipo de válvula tiene un inconveniente: el disco está continuamente sometido a compresión y raspado contra el asiento de la válvula, lo que aumenta la resistencia y acelera el desgaste. Para garantizar el rendimiento del sellado y reducir la compresión y el raspado, el asiento de la válvula generalmente está hecho de material EPDM, mientras que para condiciones de operación especiales, se usa material PTFE.

Para resolver el problema del disco presionado contra el asiento de la válvula en las válvulas de mariposa concéntricas, se desarrolló la válvula de mariposa monoexcéntrica. La característica estructural de esta válvula es que hay un desplazamiento entre el eje del vástago y el centro del disco, lo que hace que los extremos superior e inferior del disco ya no sirvan como eje de rotación, dispersando y reduciendo así la compresión excesiva entre los extremos superior e inferior del disco y el asiento de la válvula.

La válvula de mariposa de doble excéntrica es una mejora adicional basada en la válvula de mariposa de una sola excéntrica. El eje del vástago de la válvula no coincide completamente con el centro del disco, ni con el centro del cuerpo. El diseño de doble excéntrica permite que el disco se aleje rápidamente del asiento durante el proceso de apertura, lo que reduce significativamente la compresión y el raspado excesivos e innecesarios entre el disco y el asiento, lo que reduce la resistencia de apertura, reduce el desgaste y, por lo tanto, extiende la vida útil del asiento de la válvula. Al reducir considerablemente el raspado, las válvulas de mariposa de doble excéntrica pueden utilizar asientos metálicos, lo que mejora su rendimiento en entornos de alta temperatura. Su principio de sellado es una estructura de sellado por contacto, lo que significa que las superficies de sellado del disco y el asiento están en contacto lineal. El sellado se logra mediante la deformación elástica causada por el disco que presiona contra el asiento, por lo que requiere una alta precisión en la posición cerrada (especialmente para asientos metálicos) y tiene una capacidad de soporte de presión relativamente baja. Por este motivo, según la opinión tradicional, las válvulas de mariposa se consideran inadecuadas para altas presiones y propensas a sufrir fugas.

El significado de las tres válvulas de mariposa excéntricas es hacer excentricidad para la válvula de mariposa tres veces:
La primera excentricidad: el eje se desvía de la línea central de la superficie de sellado
La segunda excentricidad: el eje se desvía de la tubería y de la línea central de la válvula.
La tercera excentricidad: su exclusivo ángulo excéntrico del asiento de la válvula y el ángulo entre el centro de la tubería, de modo que el asiento de la válvula y el anillo de sellado estén completamente separados durante todo el proceso de apertura y cierre de la válvula. Esta estructura utiliza tanto el efecto de leva como elimina completamente la fricción, eliminando la posibilidad de desgaste y fugas.
Este proceso de diseño permite que la válvula de mariposa de tres excéntricas tenga una gama más amplia de aplicaciones, que no solo tiene el buen rendimiento de sellado de la válvula de mariposa de sellado blando, sino que también tiene las características de resistencia a altas temperaturas y altas presiones de la válvula de mariposa de sellado duro. De acuerdo con las diferentes características de los materiales de sellado para altas y bajas temperaturas, los materiales de sellado duros son más adecuados para entornos de alta temperatura, mientras que los materiales de sellado blandos son más adecuados para lograr cero fugas. Para resolver la contradicción entre alta temperatura y cero fugas de las válvulas de mariposa de doble excéntrica, los ingenieros llevaron a cabo un tercer diseño excéntrico de válvulas de mariposa después de una investigación en profundidad. La característica estructural de esta válvula de mariposa de tres excéntricas es que, sobre la base del vástago y el eje de la válvula de doble excéntrica, se ajusta aún más la posición del eje cónico de la superficie de sellado de la placa de mariposa con respecto al eje cilíndrico del cuerpo. Después de un cuidadoso diseño, la sección de sellado de la placa de mariposa de la válvula de mariposa de tres excéntricas cambia de redonda a ovalada, logrando así la asimetría de la forma de la superficie de sellado. Un lado es paralelo a la línea central del cuerpo y el otro lado está inclinado hacia la línea central del cuerpo. Esta optimización estructural permite que la válvula de mariposa triple excéntrica mantenga un excelente rendimiento de sellado en entornos de alta temperatura y, al mismo tiempo, cumpla con los requisitos de cero fugas.

Las válvulas de mariposa determinan el método de instalación de la tubería según el tipo de conexión, adaptándose a los diferentes requisitos del proyecto de tubería.

Las conexiones tipo wafer son uno de los métodos de conexión más clásicos y utilizados para válvulas de mariposa. Como sugiere el nombre, se trata de "sujetar" el disco de la válvula de mariposa entre dos bridas de tubería y luego asegurarlo mediante pernos que pasan a través de los orificios de conexión de las bridas y la válvula de mariposa.

Como sugiere el nombre, una válvula de mariposa con brida logra el sellado ajustando estrechamente la brida con la brida de la tubería y luego asegurándola con pernos. Las ventajas de este tipo de conexión son muy destacadas.

Las conexiones de orejeta LT son una "característica personalizada exclusiva" para válvulas de mariposa de gran diámetro, diseñadas específicamente para tuberías de alto flujo con DN300 y superiores. La idea central es agregar orejetas integradas (ejes de orejetas) en ambos extremos o en el medio del cuerpo de la válvula, que se fijan al soporte de la tubería o bridas especiales a través de los orificios de posicionamiento en las orejetas, agregando efectivamente un "marco de carga" a la válvula.

La conexión de abrazadera es representativa del estilo de "instalación rápida". La válvula se fija a la tubería mediante una abrazadera y pernos de apriete, lo que presenta una fácil instalación y un cómodo desmontaje.

Las conexiones soldadas implican soldar directamente los extremos de entrada y salida de la válvula de mariposa a la tubería, haciendo que la válvula y la tubería estén "integradas como una sola". Este método sirve como "guardián" de los medios de alto riesgo.

En el futuro, con las tendencias de desarrollo de la inteligencia industrial y la ecologización, la tecnología de válvulas de mariposa seguirá avanzando hacia el control inteligente y el ahorro de energía de alta eficiencia. Las nuevas válvulas de mariposa, que combinan una capacidad de control precisa con estabilidad a largo plazo, sin duda desempeñarán un papel cada vez más crítico en los sistemas industriales modernos, proporcionando soluciones más confiables para diversos transportes de fluidos y control de tuberías.