随着我国经济的快速发展，城市引水及用电逐年大幅度递增。特别是水力发电具有无污染、运行费用低等特点，国内外水力发电建设项目逐年增加，所用设备规格也不断增大。大型智能化控流设备是控制流体介质输送工况上的关键设备。在水利发电站，该设备安装在大坝至水轮发电机之间以保证水轮机正常工作，防止系统其他重要设备产生飞逸等事故。在火电站及引水等输水系统，智能化控流设备按程序和指令完成各种规定动作防止发生水锤，使系统在最佳经济状态下安全稳定连续运行。在控流设备中，DN4000以上超大型水电站
蝶阀成套装置是关键的配套装置，对其安全性和控制的复杂程度要求较高。
一、调节阀成套装置设计
1、结构
蝶阀成套装置主要由上、下游连接短管、蝶阀、伸缩节、旁通阀、
截止阀、旁通管、空气阀、
液压执行机构、液压站、
电动执行机构和电气控制柜等几部分组成(图1)，蝶阀是其中的重要组成部分，起截断介质或调节介质流量和压力的作用。连接短管及伸缩节起与主管路连接和方便拆装的作用，旁通管、旁通阀和截止阀构成主管路的旁通系统，以降低主阀关闭件前后压差起平压作用，有利于关闭件的启闭和水轮机的启动。空气阀用来排除管路中空气，以及做为管路中产生负压时的进气通路，保护管路免遭负压失稳破坏及避免产生过大水锤。液压站是液力
执行机构的动力源，液压或电动执行机构驱动
阀门关闭件运动，使阀门按程序完成规定的动作，实现即定功能。电气控制柜是操作控制部件，发出操作指令和阀门工作状态及自身故障的检测显示。完成智能化自动控制。
2、技术特征
蝶阀成套装置的主要参数如下。
公称尺寸 DN4800
工作水头 108183
m 最高水头 150
m 平压开启 013MP
a 启闭时间60～120
s 动水关闭时间60～120
s 驱动方式液压、触摸屏式PLC集成控制
密封结构主阀双密封
3、密封副结构
蝶板采用双平板桁架式结构，迎水面采用流线型设计，减小流体阻力损失，流阻小。通过合理选择阀门双偏心的偏移量值，利用平压开启时阻力小的特点，使得驱动装置启闭力矩设计更为合理，同时提高了橡胶密封圈的使用寿命和阀门的可靠性。蝶板密封圈浮动可任意方向调整，简化了加工和装配工艺。
密封副结构为双蝶板双密封副双偏心。即上、下游侧各设计一密封副(图2)。
上游侧密封副为金属硬密封。工作原理为阀体密封圈在外力的作用下沿管路方向滑动。在阀门开启前阀体密封圈先退出密封位置，蝶板方可旋转开启。阀门关闭时，待蝶板关闭到位后，阀体密封圈复位到密封位置，称为动密封。这种密封结构阀门开关时金属密封副无摩擦。并且采取的双偏心径向密封，在阀体密封圈动作失灵状态下，蝶板可强制开、关。阀体动密封副与蝶板密封圈采取径向密封结构形式，蝶板密封圈与蝶板配合连接设计成为浮动可调整的结构。蝶板与阀体装配后(两阀轴已装配完成)，在装配蝶板密封圈时，密封圈可在蝶板上沿阀体管路方向和阀体密封圈的径向方向任意调整，较易达到最佳密封状态，解决了金属硬密封蝶阀不可调整的难点。蝶板与阀体轴孔加工时也无需合镗。
下游侧密封副采取了软密封副的密封结构。蝶板上的密封圈为T形，材料为丁腈橡胶，泄漏量可控制为零泄漏。这种密封针对该阀称为工作密封或静密封。
设计成双密封副的结构使阀门在泄漏控制上更安全。金属密封使用寿命长，而橡胶密封性好，两种密封性能互补。同时上游侧的金属密封也是为了方便更换下游侧蝶板上的橡胶密封圈(橡胶圈为易损件)。用户在系统设计时可不再需要配置检修阀门，减少了工程造价(对于DN4800蝶阀，一套检修阀门上百万元)，也方便了用户的检修，这种密封称为检修密封或动密封。下游侧软密封为阀门的工作密封，保护水轮机或水泵正常工作。上游侧的动金属硬密封结构可以应用到普通大口径金属密封蝶阀上。此结构不需阀体与蝶板合镗，而且蝶板密封圈可任意调整。
对于超大口径阀门，若上游侧金属硬密封渗漏过大，有可能造成双蝶板中腔(下游侧橡胶密封泄漏量为0)产生介质压力而无法更换下游侧蝶板密封圈。根据这种情况，在其上游侧蝶板和下游侧蝶板中间的阀体上设计了泄压外排装置。排泄量远远大于泄漏量，使双蝶板内腔介质不会形成压力。
4、有限元分析
蝶板和阀体等主要零件的设计过程中，采用三维建模和有限元应力分析手段进行刚度、强度分析(图3)，将主要部件的加载变形控制在一定范围之内，在确保阀门密封可靠、启闭灵活的前提下使结构材料的应用更加合理，接近等强度设计。
二、检测与试验
DN4800蝶阀成套装置测试时，严格按照GB/T13927及GB/T14478等相关标准要求，并同时满足用户的参数要求。阀门的强度试验、动作试验、控制功能及参数检测全部符合相应的要求。其泄漏量为零。重锤关闭，可根据需要实现液压执行机构开关速度全程可调。
三、结论
超大型智能化控制流体设备可以使流体输送系统长期连续稳定正常运行，使用寿命大于40年、易损件使用寿命大于5年，其蝶阀过流腔的流体动力学设计及特性更加优化，流阻系数小、动作灵活可靠。近几年来水利、水电工程、火电站正在向大型参数化的趋势发展，对超大型智能化控制装备要求日益增加，其应用前景也十分的广阔。
参考资料
杨源泉。阀门设计手册（M）。北京：机械工业出版社，1992。
陆培文。实用阀门设计手册（M）。北京：机械工业出版社，2004。
