辅机8阀门部件连接及密封课件

第八章阀门的部件、连接及密封

普通阀门分阀体与阀盖、关闭件、阀杆及其他三部分组成。

8.1阀体与阀盖

阀体与阀盖是阀门的大件，它要承受介质的压力，适应一定的温度范围，具有一定的耐腐蚀性能，因而它决定着阀门的重量和经济性，在选择材料时往往重点考虑。普通阀门的阀体、阀盖，多用金属材料铸造或锻造而成。一般来说，铸件可以形状复杂而结构合理，锻件形状较简单,但强度高.常用的金属材料有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、铜合金、碳钢、Cr5Mo钢、1Cr18Ni9Ti钢、Cr18Ni12Mo2Ti钢、12Cr1MoV钢等8.2

关闭件，也叫密封件，狭义地说，是指跟随阀杆动作的阀瓣、闸板之类；广义地说，包括阀体上的阀座。这里所说的是后者。关闭件是直接影响阀门可靠性的重要部件,体积很小,在结构和材料选择上,对于经济性的考虑较少，而力求关闭密合严实，使用长久。2/6/202318.2.1关闭件的密合形式

1）平面密合，如图8-1所示。

这种密合形式，制作容易，但阀杆所受轴向力大，不容易关严。

2）锥面密合，如图8-2、8-3所示。

这种密合形式，密合性强，关闭牢靠，在高压和小口径阀门中广泛使用；但关闭瞬间接触面磨损较大。针形阀属于这一类型。

3）球面密合，如图8-4、8-5所示。这种密合有的是线接触，有的是面接触（例如球阀），密合效果都不差，但是制作修理较复杂。

图8-1平面密合图8-2锥面密合(一)图8-3锥面密合(二)图8-4球面密合(一)图8-5球面密合(二)图8-6刀形密合

4）刀形密合，如图8-6所示。

这种密合形式，接近于线接触，关闭省劲，可用于真空阀及其他类似阀门，制造容易，但经不住高压，损坏较快。

将密合形式与常用阀门相对照可知，闸阀是平面密封，关闭件的运动是平移；碟阀和旋启式止回阀也是平面密封，但关闭件是旋转的；旋塞件是锥面密封，但锥体（旋塞体）是旋转的。截止阀采用的密合形式多样。

2/6/202328.2.2阀瓣与阀座的密封圈结构为了密合可靠，在截止阀、闸阀等的阀瓣和阀板阀座中，往往用另外合适材料做成密封圈装入，而利用钢铁材料本身做密合面的，只是用于油类等不易腐蚀、生锈的一部分阀门。

图8-7

软质材料密封圈结构

1)软质材料。用螺栓固定于阀瓣。如图8-7所示。这种结构型式便于维修，如使用条件许可，有些其他材料的平面密合截止阀也可以采用。

图8-8

金属压入式(一)图8-9

金属压入式(二)图8-10

金属压入式(三)

2)金属压入。如图8-8~10所示压入材料，以不锈钢、铜合金为多。

3)螺纹拧入。如图8-11、12所示。图8-11

螺纹拧入式(一)基体一般是钢的，密封圈也是强度较高的金属。图8-12

螺纹拧入式(二)

4)堆焊。如图8-13~14所示图8-13

堆焊结构(一)图8-14

堆焊结构(二)

堆焊材料一般为不锈钢、硬质合金。其中图8-14为堆焊后压入的复合形式。2/6/202338.3阀杆及其他阀杆是上下运动和承受轴向力的重要零件，下部与关闭件相连接，上部受手轮等操纵件控制，上下联动实现阀门的启闭。

8.3.1

阀杆材料

阀杆是运动件和受力件，且常与密封填料摩擦，处于介质的浸泡之中，因此所选材料要有足够的强度和良好的韧性、抗擦伤性、耐温性和耐蚀性。加工光洁度力求高等级。普通阀门的阀杆常用材料有：碳素钢、合金钢、不锈钢、耐热钢

8.3.2

阀杆与关闭件的连接

阀杆与关闭件（阀瓣、闸板）的连接，要求是：连接可靠；转动阀杆时，阀瓣不与阀体密封面相互摩擦；阀瓣与阀体密封面之间能调整；便于维修。

图8-15下螺母连接

1）下螺母连接：如图8-15所示。

这种形式，结构简单，易做易换，多用于小口径高压截止阀，但不适用于大口径，因为对阀座密封面的对中调整性较差。

2/6/202352）T形槽连接：如图8-16所示。图8-16T形槽连接

这种形式，常用于公称通经100毫米以下的截止阀。密合调整性强，但连接不很可靠。图8-18对开环连接

3）上螺母连接：如图8-17所示。

这种形式，连接可靠，有一定调整性，便于修换。

图8-17上螺母连接图8-19钢丝圈连接图8-20碾合连接

4）对开环连接：如图8-18所示。

这种形式，连接可靠，用于压力、温度较高和腐蚀性介质的截止阀。

5）钢丝圈连接：如图8-19所示.

这种形式，用于无腐蚀性介质和不重要阀门，维修很方便。

6）碾合连接：如图8-20所示.

这种形式，阀瓣用阀杆端部周圈辗牢，不致脱落。但阀瓣损坏时，不好单独更换。仅用于小口径截止阀。

以上是截止阀阀瓣与阀杆连接的几种基本形式

针形阀阀瓣与阀杆为一体。

2/6/202367）闸板螺纹连接：如图8-21所示。

这种形式，用于暗杆式闸阀。

图8-21闸板螺纹连接

8）闸板T形槽连接：如图8-22所示。

图8-22闸板T形槽连接

这种形式，用于明杆单闸板阀门。

9）螺纹闸板架连接：如图8-23所示。

这种形式，在明杆双闸板阀门中广泛采用。图8-23螺纹闸板架连接8.3.3

阀杆与操纵件的连接

阀杆上部与手轮、手柄等操纵件的连接。

1）直接固定连接：如图8-21所示。

这种形式，阀杆随着操纵杆旋转，使用较广泛。

2）螺母活动连接：如图8-23所示。

这种形式，螺母与手轮固定，作一体旋转,阀杆并不旋转,只作升降运动。用于明杆阀门。

2/6/202378.4阀门的连接形式图8-26

光滑式法兰连接8.4.1法兰连接

这是阀门中用得最多的连接形式。按结合面形状又可分为以下几种：

1）光滑式：如图8-26所示。

用于压力不高的阀门。加工比较方便。

2）凹凸式：如图8-27所示。

图8-27

凹凸式法兰连接

工作压力较高，可使用中硬垫圈。

3）榫槽式：如图8-28所示。

图8-28

榫槽式法兰连接

可用塑性变形较大的垫圈，在腐蚀性介质中使用较广泛，密封效果较好。

4）梯形槽式：如图8-29所示。

图8-29

梯形槽式法兰连接

用椭圆形金属环作垫圈，使用于工作压力≥64kgf/cm2的阀门，或高温阀门。

5）透镜式：如图8-30所示。

图8-30

透镜式法兰连接

垫圈是透镜形状，用金属制作。用于工作压力≥100kgf/cm2的高压阀门，或高温阀门。

6）O形圈式：如图8-31所示。

这是一种较新的法兰连接形式，它是随着各种橡胶O形圈的出现而发展起来的，其密封效果比一般平垫圈可靠。

图8-31O形圈式法兰连接2/6/202398.4.2

螺纹连接

这是一种简便的连接方法,常用于小阀门。分两种情况:

1）直接密封：如图8-32A处。

内外螺纹直接起密封作用。为了确保连接处不漏，往往用铅油、线麻和聚四氟乙烯生料带填充；其中聚四氟乙烯生料带，使用日见广泛；这种材料耐腐蚀性能很好，密封效果极佳，使用和保存方便，拆卸时，可以完整地将其取下，因为它是一层无粘性的薄膜，比铅油、线麻优越得多。

图8-32螺纹连接

2）间接密封：如图8-32B处。

内外螺纹旋紧的力量，传递给两平面间的垫圈,让垫圈起密封作用.8.4.3

卡套连接

图8-33卡套连接

卡套连接，在我国近年才发展起来，它的连接和密封原理是，当旋紧螺母时，卡套受到压力，使其刃部咬入管子外壁，卡套外锥面又在压力下与接头体内锥面密合，因而能够可靠地防止泄漏。见图8-33。图8-34采用卡套连接的阀门

优点：1.体积小，重量轻，结构简单，拆装容易；2.连接力强，使用范围广，可耐高压(1000kgf/cm2)、高温(650℃)和冲击振动；3.可以选用多种材料，适合防腐蚀；4.加工精度要求不高；5.便于高空安装。

图8-34是一个双头卡套的小口径球阀。2/6/2023108.4.4

卡箍连接

这是一种快速连接方法，它只需两个螺栓，适用于经常拆卸的低压阀门。如图8-35所示。图8-35卡箍连接图8-36自紧连接图8-37采用自紧连接的阀门8.4.5

内自紧连接

以上各种连接形式，都是利用外力来抵消介质压力，实现密封的。而内自紧连接则是利用介质压力进行自紧的连接形式。如图8-36所示，它的密封圈装在内锥体处，跟介质相向的一面成一定角度，介质压力传给内锥体，又传递给密封圈，在一定角度的锥面上，产生两个分力，一个与阀体中心线平行向外，另一个压向阀体内壁。后面这个分力便是自紧力。介质压力愈大，自紧力也愈大。所以这种连接形式，适合于高压阀门。它比法兰连接，要节省许多材料和人力，但也需要一定的预紧力，以便在阀内压力不高时，使用可靠。

利用自紧密封原理做成的阀门一般是高压阀门。图8-37是自紧阀门的一种。

阀门连接的形式还很多，例如有的不必拆除的小阀门，跟管子焊接在一起；有的非金属阀门，采用承插式连接，等等。阀门使用者要根据具休情况具体对待。2/6/2023118.5.2

填料

对填料的要求：1.密封性好；2.耐腐蚀；3.磨擦系数小;4.适应介质温度和压力。

1）石棉盘根：

石棉盘根的耐温和耐腐蚀性能都很好，但单独使用时，密封效果不佳，所以总是浸渍或附加其他材料。a)扭制b)编结图8-41石棉盘根油浸石棉盘根：它的基本结构形式有两种，扭制和编结，如图8-41所示。

2）聚四氟乙烯编织盘根：

将聚四氟乙烯细带编织为盘根，有极好的耐腐蚀性能，又可用于深冷介质。图8-42塑料成型填料

3）橡胶O型圈：

在低压状态下，密封效果良好。使用温度受限制，如天然橡胶只能用于60℃。

4）塑料成型填料：

一般做成三件式，如图8-42所示。也可做成其他形状。所用塑料以聚四氟乙烯为多，也有采用尼龙66和尼龙1010的。

使用单位根据自己的需要，常常探索各种有效的填料形式。例如，在250℃蒸气阀门中，用石棉盘根和铅圈交替迭合，漏汽情况就会减轻；有的阀门，介质经常变换，如以石棉盘根和聚四氟乙烯生料带共同使用，密封效果便好些。为减轻对阀杆的磨擦，有的场合，可以加二硫化钼（M0S2）或其他润滑剂。

目前，对新颖填料，正进行着探索。2/6/2023138.5.3

波纹管密封随着化学工业和原子能工业的迅速发展,易燃、易爆、剧毒和带放射性的物质增多，对阀门密封有了更严格的要求，有的场合已无法使用填料密封，因此产生了新的密封形式－波纹管密封。这种密封不需填料，所以也叫无填料密封。图8-43波纹管密封图8-44采用波纹管密封的阀门波纹管密封的结构如图8-43所示。波纹管的两端，与别的零件焊死。当阀杆升降时，波纹管伸缩，只要波纹管本身不漏，介质便无法泄出。用波纹管密封做成的阀门，如图8-44所示。2/6/2023148.6

静密封静密封通常是指两个静止面之间的密封。主要是使用垫圈。8.6.1

垫圈材料

1）非金属材料：如纸、麻、牛皮、石棉制品、塑料、橡胶等。纸、麻、牛皮之类，有毛细孔，易渗透，使用时须浸渍油、蜡或其他防渗透材料。一般阀门很少采用。石棉制品，又有石棉带、绳、板和石棉橡胶板等。其中石棉橡胶板结构致密,耐压性能好，耐温性能也很好，在阀门本身和阀门与管子的法兰连接中，使用极为广泛。

塑料制品，有很好的耐腐蚀性能，使用也较普遍。品种有聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙66、尼龙1010等。

橡胶制品，质地柔软,各种橡胶分别有一定耐酸、耐碱、耐油、耐海水的能力.品种有天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、异丁橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶等。

2）金属材料：一般地说,金属材料强度高,耐温性能强。但铅并不这样，仅取它耐稀硫酸的特性。常用品种有黄铜、紫铜、铝、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金、银、镍等。

3）复合材料：一般地说,金属材料强度高,耐温性能强。但铅并不这样，仅取它耐稀硫酸的特性。常用品种有黄铜、紫铜、铝、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金、银、镍等。2/6/2023153）塑料平垫圈塑料的最大特点是耐腐蚀性好，从下表可以看出个大概：

弱酸

强酸

氧化性酸

弱碱

强碱

有机溶剂聚乙烯稳定稳定尚可稳定稳定80℃以下稳定聚氯乙烯稳定稳定尚可稳定稳定溶于酮、酯聚四氟乙烯稳定稳定稳定稳定稳定稳定聚三氟氯乙烯稳定稳定稳定稳定稳定稳定尼龙尚可不稳定不稳定稳定稳定稳定介质名称塑料名称大部分塑料耐温性能不好。聚四氟乙烯为塑料之冠，不但耐腐蚀性能优异，而且耐温范围比较宽阔，可在-180℃～+200℃之内长期使用。2/6/2023174）聚四氟乙烯包垫圈为了充分发挥聚四氟乙烯的优点，同时弥补它弹性较差的缺点，做成聚四氟乙烯包裹橡胶或石棉橡胶的垫圈。这样，既同聚四氟乙烯平垫圈一样耐腐蚀，又有良好的弹性，增强密封效果，减小压紧力。其断面形状如图8-45所示。

图8-45聚四氟乙烯包垫圈

5）石棉橡胶垫圈由石棉橡胶板剪成。它的组分是60～80%的石棉和10～20%的橡胶，以及填充剂、硫化剂等。它有很好的耐热性、耐冷性、化学稳定性，而且货源丰富，价格便宜。使用时，压紧力不必很大。由于它能粘附金属，所以最好表面涂一层石墨粉，以免拆卸时费劲。

6）金属平垫圈铅，耐温100℃；铝430℃；铜315℃；低碳钢550℃；银650℃；镍810℃；蒙乃尔（镍铜）合金810℃，不锈钢870℃。其中铅耐压能力较差，铝可耐64kgf/cm2

，其他材料可耐高压。

图8-46透镜垫圈图8-47椭圆形垫圈

7）金属异性垫圈图8-48锥面双垫圈图8-46~48所示的透镜垫圈、椭圆形垫圈及锥面双垫圈皆为高压自紧垫圈。还有方形、菱形、三角形、齿形、燕尾形、B形、C形等异型垫圈2/6/2023188）金属包皮垫圈金属既有良好的耐温耐压性能，又有良好的弹性。包皮材料有铝、铜、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金等。里面填充材料有石棉、聚四氟乙烯、玻璃纤维等。断面形状如图8-49。

图8-49金属包皮垫圈

9）波形垫圈具有压紧力小，密封效果好的特点。常采用金属与非金属组合的形式。如图8-50所示。

图8-50波形垫圈

10）缠绕垫圈

把很薄的金属带和非金属带紧贴在一起，缠绕成多层圆形，断面呈波浪状,有很好的弹性和密封性。金属带可用08钢、0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、铜、铝、钛、蒙乃尔合金等制作。非金属带材料有石棉、聚四氟乙烯等。断面形状如图8-51。图8-51缠绕垫圈以上讲述密封垫圈性能时，列举了一些数字。必须说明，这些数字跟法兰形式、介质情况和安装修理技术等有密切的关系，有时可以超过，有时达不到，而且耐压和耐温性能，也是互相转化的，例如温度高了，耐压能力往往降低，这些细微的问题，只能在实践中体会。

2/6/2023193）金属空心O形圈