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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(chǎn)高參數(shù)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(shù)控、遙控等。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，閥門需求量不斷增長，一個現(xiàn)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(xiàn)象，由此引起火焰、爆炸、中毒、燙傷事故，或者造成產(chǎn)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(chǎn)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。總的可分兩大類：

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(jù)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(jù)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(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)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?lián)醢彘L期使用易產(chǎn)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(chǎn)生微量的彈性變形彌補密封面角度加工過程中產(chǎn)生的偏差，改善工藝性，現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)。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(jù)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(jù)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(jù)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(shù)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)生移動。固定球球閥都帶有浮動閥座，受介質壓力后，閥座產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)蝶閥參數(shù)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(jù)連接方式：法蘭式、對夾式。

根據(jù)密封面材料；軟密封、硬密封。

根據(jù)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(chǎn)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(jù)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。