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第一章   閥門的基礎知識

第一節(jié)   概述

閥門是流體管路的控制裝置，其基本功能是接通或切斷管路介質的流通，改變介質的流通，改變介質的流動方向，調節(jié)介質的壓力和流量，保護管路的設備的正常運行。

工業(yè)用的閥門的大量應用是在瓦特發(fā)明蒸汽機之后，近二三十年來，由于石油、化工、電站、冶金、船舶、核能、宇航等方面的需要，對閥門提出更高的要求，促使人們研究和生產高參數的閥門，其工作溫度從超低溫-269℃到高溫1200℃，甚至高達3430℃，工作壓力從超真空1.33x10-8Mpa（1x10-1㎜Hg）到超高壓1460MPa，閥門通徑從1mm到600mm，甚至達到9750mm，閥門的材料從鑄鐵，碳素鋼發(fā)展到鈦及鈦合金，高強度耐腐蝕鋼等，閥門的驅動方式從手動發(fā)展到電動、氣動、液動、程控、數控、遙控等。

隨著現代工業(yè)的不斷發(fā)展，閥門需求量不斷增長，一個現代化的石油化工裝置就需要上萬只各式各樣的閥門，閥門使用量大。開閉頻繁，但往往由于制造、使用選型、維修不當，發(fā)生跑、冒、滴、漏現象，由此引起火焰、爆炸、中毒、燙傷事故，或者造成產品質量低劣，能耗提高，設備腐蝕，物耗提高，環(huán)境污染，甚至造成停產等事故，已屢見不鮮，因此人們希望獲得高質量的閥門，同時也要求提高閥門的使用，維修水平，這時對從事閥門操作人員，維修人員以及工程技術人員，提出新的要求，除了要精心設計、合理選用、正確操作閥門之外，還要及時維護、修理閥門，使閥門的“跑、冒、滴、漏”及各類事故降到最低限度。

第二節(jié)   閥門的分類

閥門的用途廣泛，種類繁多，分類方法也比較多?？偟目煞謨纱箢悾?/span>

第一類自動閥門：依靠介質（液體、氣體）本身的能力而自行動作的閥門。如止回閥、安全閥、調節(jié)閥、疏水閥、減壓閥等。

第二類驅動閥門：借助手動、電動、液動、氣動來操縱動作的閥門。如閘閥，截止閥、節(jié)流閥、蝶閥、球閥、旋塞閥等。

此外，閥門的分類還有以下幾種方法：

一、按結構特征，根據關閉件相對于閥座移動的方向可分：

1． 截門形：關閉件沿著閥座中心移動，如圖1—1所示。

2． 閘門形：關閉件沿著垂直閥座中心移動，如圖1—2所示。

3． 旋塞和球形：關閉件是柱塞或球，圍繞本身的中心線旋轉，如圖1—3所示。

4． 旋啟形；關閉件圍繞閥座外的軸旋轉，如圖1—4所示。

5． 碟形：關閉件的圓盤，圍繞閥座內的軸旋轉，如圖1—5所示。

6． 滑閥形：關閉件在垂直于通道的方向滑動，如圖1—6所示。

二、按用途，根據閥門的不同用途可分：

1． 開斷用：用來接通或切斷管路介質，如截止閥、閘閥、球閥、蝶閥等。

2． 止回用：用來防止介質倒流，如止回閥。

3． 調節(jié)用：用來調節(jié)介質的壓力和流量，如調節(jié)閥、減壓閥。

4． 分配用：用來改變介質流向、分配介質，如三通旋塞、分配閥、滑閥等。

5． 安全閥：在介質壓力超過規(guī)定值時，用來排放多余的介質，保證管路系統(tǒng)及設

備安全，如安全閥、事故閥。

6． 他特殊用途：如疏水閥、放空閥、排污閥等。

第二章 閥門的類型和用途

       

閥門類型繁多，本文只介紹常用閥門

                       

  第一節(jié)    閘    閥

閘閥是指關閉件（閘板）沿通路中心線的垂直方向移動的閥門。

閘閥在管路中主要作切斷用。

閘閥是使用很廣的一種閥門，一般口徑DN≥50mm的切斷裝置都選用它，有時口徑

很小的切斷裝置也選用閘閥，閘閥有以下優(yōu)點：

①流體阻力小。

②開閉所需外力較小。

③介質的流向不受限制。

④全開時，密封面受工作介質的沖蝕比截止閥小。

⑤體形比較簡單，鑄造工藝性較好。

閘閥也有不足之處：

①外形尺寸和開啟高度都較大。安裝所需空間較大。

②開閉過程中，密封面間有相對摩擦，容易引起擦傷現象。

③閘閥一般都有兩個密封面，給加工、研磨和維修增加一些困難。

 

一、閘閥的種類

1． 按閘板的構造可分

1）平行式閘閥：密封面與垂直中心線平行，即兩個密封面互相平行的閘閥。如圖2—12所示。

在平行式閘閥中，以帶推力楔塊的結構最常為常見，既在兩閘板中間有雙面推力楔塊，這種閘閥適用于低壓中小口徑（DN40—300mm）閘閥。也有在兩閘板間帶有彈簧的，彈簧能產生予緊力，有利于閘板的密封。

2）楔式閘閥：密封面與垂直中心線成某種角度，即兩個密封面成楔形的閘閥如圖2—13所示。

密封面的傾斜角度一般有2°52′，3°30′，5°， 8°， 10°等，角度的大小主要取決于介質溫度的高低。一般工作溫度愈高，所取角度應愈大，以減小溫度變化時發(fā)生楔住的可能性。

在楔式閘閥中，又有單閘板，雙閘板和彈性閘板之分。單閘板楔式閘閥，結構簡單，使用可靠，但對密封面角度的精度要求較高，加工和維修較困難，溫度變化時楔住的可能性很大。雙閘板楔式閘閥在水和蒸氣介質管路中使用較多。它的優(yōu)點是：對密封面角度的精度要求較低，溫度變化不易引起楔住的現象，密封面磨損時，可以加墊片補償。但這種結構零件較多，在粘性介質中易粘結，影響密封。更主要是上、下擋板長期使用易產生銹蝕，閘板容易脫落。彈性閘板楔式閘閥，它具有單閘板楔式閘閥結構簡單，使用可靠的優(yōu)點，又能產生微量的彈性變形彌補密封面角度加工過程中產生的偏差，改善工藝性，現已被大量采用。

2． 按閥桿的構造閘閥又可分為

1） 明桿閘閥：閥桿螺母在閥蓋或支架上，開閉閘板時，用旋轉閥桿螺母來實現閥桿的升降。如圖2—12所示。這種結構對閥桿的潤滑有利，開閉程度明顯，因此被廣泛采用。

2） 暗桿閘閥：閥桿螺母在閥體內，與介質直接接觸。開閉閘板時，用旋轉閥桿來實現。如圖2—14所示。這種結構的優(yōu)點是：閘閥的高度總保持不變，因此安裝空間小，適用于大口徑或對安裝空間受限制的閘閥。此種結構要裝有開閉指示器，以指示開閉程度。這種結構的缺點是：閥桿螺紋不僅無法潤滑，而且直接接受介質侵蝕，容易損壞。

二、閘閥的通徑收縮

如果一個閥體內的通道直徑不一樣（往往都是閥座處的通徑小于法蘭連接處的通徑），稱為通徑收縮。如圖2—15所示。

通徑收縮能使零件尺寸縮小，開、閉所需力相應減小，同時可擴大零部件的應用范圍。但通徑收縮后。流體阻力損失增大。

在某些部門的某些工作條件下（如石油部門的輸油管線），不允許采用通徑收縮的閥門。這一方面是為了減小管線的阻力損失，另一方面是為了避免通徑收縮后給機械清掃管線造成障礙。

 

 

第二節(jié)      截止閥

         

 截止閥是關閉件（閥瓣）沿閥座中心線移動的閥門。

           截止閥在管路中主要作切斷用。截止閥有以下優(yōu)點：

1． 在開閉過程中密封面的摩擦力比閘閥小，耐磨。

2． 開啟高度小。

3． 通常只有一個密封面，制造工藝好，便于維修。

截止閥使用較為普遍，但由于開閉力矩較大，結構長度較長，一般公稱通徑都限制在DN≤200mm以下。截止閥的流體阻力損失較大。因而限制了截止閥更廣泛的使用。

截止閥的種類很多，根據閥桿上螺紋的位置可分：

一、上螺紋閥桿截止閥

截止閥閥桿的螺紋在閥體的外面。其優(yōu)點是閥桿不受介質侵蝕，便于潤滑，此種結構采用比較普遍。如圖 2—8所示。

二、下螺紋閥桿截止閥

截止閥閥桿的螺紋在閥體內。這種結構閥桿螺紋與介質直接接觸，易受侵蝕，并無法潤滑。此種結構用于小口徑和溫度不高的地方。如圖 2—9所示。

根據截止閥的通道方向，又可分為；直通式截止閥，角式截止閥和三通式截止閥，后兩種截止閥通常做改變介質流向和分配介質用。

 

第三節(jié)      節(jié)流閥

 

節(jié)流閥是指通過改變通道面積達到控制或調節(jié)介質流量與壓力的閥門。

節(jié)流閥在管路中主要作節(jié)流使用。

最常見的節(jié)流閥是采用截止閥改變閥瓣形狀后作節(jié)流用。但用改變截止閥或閘閥開啟高度來作節(jié)流用是極不合適的，因為介質在節(jié)流狀態(tài)下流速很高，必然會使密封面沖蝕磨損，失去切斷密封作用。同樣用節(jié)流閥作切斷裝置也是不合適的。

常見的節(jié)流閥如圖 2 —10所示。

節(jié)流閥的閥瓣有多種形狀，常見的有：

1． 鉤形閥瓣，常用于深冷裝置中的膨脹閥。如圖 2—11a所示。

2． 窗形閥瓣，適用于口徑較大的節(jié)流閥如圖2—11b所示。

3． 塞形閥瓣，適用于中小口徑節(jié)流閥，使用較普遍。如圖 2—11C所示。

第四節(jié) 止回閥

 

止回閥是指依靠介質本身流動而自動開、閉閥瓣，用來防止介質倒流的閥門。

止回閥根據其結構可分

一、升降式止回閥：閥瓣沿著閥體垂直中心線滑動的止回閥，如圖2—16所示。

升降式止回閥只能安裝在水平管道上，在高壓小口徑止回閥上閥瓣可采用圓球。

升降式止回閥的閥體形狀與截止閥一樣（可與截止閥通用），因此它的流體阻力系數較大。

二、旋啟式止回閥：閥瓣圍繞閥座外的銷軸旋轉的止回閥，如圖2—17所示。

旋啟式止回閥應用較為普遍。

三、碟式止回閥：閥瓣圍繞閥座內的銷軸旋轉的止回閥。如圖2—18所示。

碟式止回閥結構簡單，只能安裝在水平管道上，密封性較差。

四、管道式止回閥，閥瓣沿著閥體中心線滑動的閥門。如圖2—19所示。

管道式止回閥是新出現的一種閥門，它的體積小，重量較輕，加工工藝性好，是止回閥發(fā)展方向之一。但流體阻力系數比旋啟式止回閥略大。

 

第五節(jié) 旋塞閥

 

旋塞閥是指關閉件（塞子）繞閥體中心線旋轉來達到開啟和關閉的一種閥門。

旋塞閥在管路中主要用作切斷、分配和改變介質流動方向的。

旋塞閥是歷史上最早被人們采用的閥件。由于結構簡單，開閉迅速（塞子旋轉四分之一圈就能完成開閉動作），操作方便，流體阻力小，至今仍被廣泛使用。目前主要用于低壓，小口徑和介質溫度不高的情況下。

旋塞閥的塞子和塞體是一個配合很好的圓錐體，其錐度一般為1：6和1：7。

一、緊定式旋塞閥

緊定式旋塞閥通常用于低壓直通管道，密封性能完全取決于塞子和塞體之間的吻合度好壞，其密封面的壓緊是依靠擰緊下部的螺母來實現的。一般用于PN≤0.6Mpa。如圖2—1所示。

 圖2-1                              圖2-2

二、填料式旋塞閥。

填料式旋塞閥是通過壓緊填料來實現塞子和塞體密封的。由于有填料，因此密封性能較好。通常這種旋塞閥有填料壓蓋，塞子不用伸出閥體，因而減少了一個工作介質的泄漏途徑。這種旋塞閥大量用于PN≤1Mpa的壓力，如圖2—2所示。

 

三、自封式旋塞閥

自封式旋塞閥是通過介質本身的壓力來實現塞子和塞體之間的壓緊密封的。塞子的小頭向上伸出體外，介質通過進口處的小孔進入塞子大頭，將塞子向上壓緊，此種結構一般用于空氣介質。如圖2—3所示。

四、油封式旋塞閥

近年來旋塞閥的應用范圍不斷擴大，出現了帶有強制潤滑的油封式旋塞閥。由于強制潤滑使塞子和塞體的密封面間形成一層油膜。這樣密封性能更好，開閉省力，防止密封面受到損傷。如圖2—4所示。

      圖2-3                                          圖2-4

 

第六節(jié)                   球閥

 

球閥和旋塞閥是同屬一個類型的閥門，只有它的關閉件是個球體，球體繞閥體中心線作旋轉來達到開啟、關閉的一種閥門。

球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質的流動方向。

球閥是近年來被廣泛采用的一種新型閥門，它具有以下優(yōu)點：

1． 流體阻力小，其阻力系數與同長度的管段相等。

2． 結構簡單、體積小、重量輕。

3． 緊密可靠，目前球閥的密封面材料廣泛使用塑料、密封性好，在真空系統(tǒng)中也已廣

泛使用。

4． 操作方便，開閉迅速，從全開到全關只要旋轉90°，便于遠距離的控制。

5． 維修方便，球閥結構簡單，密封圈一般都是活動的，拆卸更換都比較方便。

6． 在全開或全閉時，球體和閥座的密封面與介質隔離，介質通過時，不會引起閥門密封面的侵蝕。

7． 適用范圍廣，通徑從小到幾毫米，大到幾米，從高真空至高壓力都可應用。

球閥已廣泛應用于石油、化工、發(fā)電、造紙、原子能、航空、火箭等各部門，以及人們日常生活中。

球閥按結構形式可分：

一、浮動球球閥

球閥的球體是浮動的，在介質壓力作用下，球體能產生一定的位移并緊壓在出口端的密封面上，保證出口端密封。如圖2—5所示。

     圖 2-5

浮動球球閥的結構簡單，密封性好，但球體承受工作介質的載荷全部傳給了出口密封圈，因此要考慮密封圈材料能否經受得住球體介質的工作載荷。這種結構，廣泛用于中低壓球閥。

二、固定球球閥

球閥的球體是固定的，受壓后不產生移動。固定球球閥都帶有浮動閥座，受介質壓力后，閥座產生移動，使密封圈緊壓在球體上，以保證密封。通常在與球體的上、下軸上裝有軸承，操作扭距小，適用于高壓和大口徑的閥門。如圖2—6所示。

為了減少球閥的操作扭矩和增加密封的可靠程度，近年來又出現了油封球閥，既在密封面間壓注特制的潤滑油，以形成一層油膜，即增強了密封性，又減少了操作扭矩，更適用高壓大口徑的球閥。

三、彈性球球閥

球閥的球體是彈性的。球體和閥座密封圈都采用金屬材料制造，密封比壓很大，依靠介質本身的壓力已達不到密封的要求，必須施加外力。這種閥門適用于高溫高壓介質。

如圖2—7所示。

彈性球體是在球體內壁的下端開一條彈性槽，而獲得彈性。當關閉通道時，用閥桿的楔形頭使球體漲開與閥座壓緊達到密封。在轉動球體之前先松開楔形頭，球體隨之恢復原原形，使球體與閥座之間出現很小的間隙，可以減少密封面的摩擦和操作扭矩。

球閥按其通道位置可分為直通式，三通式和直角式。后兩種球閥用于分配介質與改變介質的流向。

圖2-6                                 圖2-7

                       第七節(jié)   蝶閥

蝶板在閥體內繞固定軸旋轉的閥門，叫蝶閥。

1.作為密封型的蝶閥，是在合成橡膠出現以后，才給它帶來了迅速的發(fā)展，因此它是一種新型的截流閥。在我國直至二十世紀八十年代，蝶閥主要作用于低壓閥門，閥座采用合成橡膠，到九十年代，由于國外交流增多，硬密封〈金屬密封〉蝶閥得以迅速發(fā)展。目前已有多家閥門廠能穩(wěn)定地生產中壓金屬密封蝶閥，使蝶閥應運領域更為廣泛。

2.蝶閥能輸送和控制的介質有水、凝結水、循環(huán)水、污水、海水、空氣、煤氣、液態(tài)天然氣、干燥粉末、泥漿、果漿及帶懸浮物的混合物。

目前國產蝶閥參數如下：

公稱壓力：PN0.25——4.0MPa

公稱統(tǒng)徑：DN100——3000mm

工作溫度：≤425℃

3.蝶閥種類：

根據連接方式：法蘭式、對夾式。

根據密封面材料；軟密封、硬密封。

根據結構形式，蝶閥可分成以下類型：

——板式

蝶閥      ——斜板式

——偏置板式

——杠桿式

4.蝶閥的特點：

（1）結構簡單，外形尺寸小。由于結構緊湊，結構長度短，體積小，重量輕，適用于大口徑的閥門。

（2）流體阻力小，全開時，閥座通道有效流通面積較大，因而流體阻力較小。

（3）啟閉方便迅速，調節(jié)性能好，蝶板旋轉90°既可完成啟閉。通過改變蝶板的旋轉角度可以分級控   制流量。

（4）啟閉力矩較小，由于轉軸兩側蝶板受介質作用基本相等，而產生轉矩的方向相反，因而啟閉較省力。

（5）低壓密封性能好，密封面材料一般采用橡膠、塑料、故密封性能好。受密封圈材料的限制，蝶閥的使用壓力和工作溫度范圍較小。但硬密封蝶閥的使用壓力和工作溫度范圍，都有了很大的提高。

5.蝶閥的結構

蝶閥主要由閥體、蝶板、閥桿、密封圈和傳動裝置組成。蝶閥的結構見圖1--21。

（1）閥體    閥體呈圓筒狀，上下部分各有一個圓柱形凸臺，用于安裝閥桿。蝶閥與管道多采用法蘭連接；如采用對夾連接，其結構長度最小。

（2）閥桿     閥桿是蝶板的轉軸，軸端采用填料函密封結構，可防止介質外漏。閥桿上端與傳動裝置直接相接，以傳遞力矩。

（3）蝶板     蝶板是蝶閥的啟閉件。根據蝶板在閥體中的安裝方式，蝶閥可以分成以下幾種形式：

①中心對稱板。見圖1--21（A），閥桿固定在蝶板的徑向中心孔上，閥桿與蝶板均垂直安裝

(a)                (b)                  (c)                  (d)

                       圖1-2 蝶閥結構圖

a: 板式    b:斜板式  c:偏置板式  d:杠桿式

二、非密封形蝶閥：關閉時不能保證密封的蝶閥。在管路中只能做節(jié)流用，密封圈通常是用金屬制成的。