阀门分类与选择

阀门分类与选择阀门是介质流通或压力系统中的一种设施，它用来调节介质的流量或压力。其功能包括切断或接通介质，控制流量，改变流量，改变介质流向，防止介质回流，控制压力或泄放压力。4.1依照阀门的用途和作用来分，可分为：切断阀类（其作用是接通和截断管路内的介质，如球阀、闸阀、截止阀、蝶阀和隔膜阀）；调节阀类（其作用是用来调节介质的流量、压力的参数，如调节阀、节流阀和减压阀等）；止回阀类（其作用是防止管路中介质倒流，如止回阀和底阀）；分流阀类（其作用是用来分配、分离或混合管路中的介质，如分配阀、疏水阀等）；安全阀类依驱动形式来分，可分为：手动阀；动力驱动阀（如电动阀、气动阀）；自动类（此类不手须外力驱动，而利用介质本身的能量来使阀门动作，如止回阀、安全阀、自力式减压阀和疏水阀等）依公称压力分类可分为：真空阀门（工作压力低于标准大气压）；低压阀门（公称压力小于或等于1.6Mp）;中压阀门（公称压力为2.5MPA、4.0MPA、6.4MPA）；高压阀门（公称压力10MPA—80MPA）；超高压阀门（大于100MPA）按温度等级分类可分为：超低温阀门（工作温度低于一80°C）；低温阀门（工作温度介于一40°C〜一80°C）；常温阀门（工作温度高于一40°C，而低于或等于120°C）；中温阀门（工作温度高于120C,而低于450C）；高温阀门（工作温度高于450C）通常分类法是按照既考虑工作原理和作用，又考虑阀门结构，此为国内通常分类法，可分为：闸阀；蝶阀；截止阀；止回阀；旋塞阀；球阀；央管阀；隔膜阀；柱塞阀等。2下面介绍一下各种阀门的优缺点：闸阀：闸阀是指关闭件（闸板）沿通道轴线的垂直方向移动的阀门，在管路上主要作为切断介质用，即全开或全关使用。一般，闸阀不可作为调节流量使用。它可以适用低温压也可以适用于高温高压，并可根据阀门的不同材质。但闸阀一般不用于输送泥浆等介质的管路中。优点：①流体阻力小；②启、闭所需力矩较小；③可以使用在介质向两方向流动的环网管路上，也就是说介质的流向不受限制；④全开时，密封面受工作介质的冲蚀比截止阀小；⑤形体结构比较简单，制造工艺性较好；⑥结构长度比较短。缺点：①外形尺寸和开启高度较大，所需安装的空间亦较大；②在启闭过程中，密封面人相对摩擦，摩损较大，甚至要在高温时容易引起擦伤现象；③一般闸阀都有两个密封面，给给加工、研磨和维修增加了一些困难；④启闭时间长。蝶阀：蝶阀是用圆盘式启闭件往复回转90°左右来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。优点：①结构简单，体积小，重量轻，耗材省，别用于大口径阀门中；②启闭迅速，流阻小；③可用于带悬浮固体颗粒的介质，依据密封面的强度也可用于粉状和颗粒状介质。可适用于通风除尘管路的双向启闭及调节，广泛用于冶金、轻工、电力、石油化工系统的煤气管道及水道等。缺点：①流量调节范围不大，当开启达30%时，流量就将进95%以上。②由于蝶阀的结构和密封材料的限制，不宜用于高温、高压的管路系统中。一般工作温度在300°C以下，PN40以下。③密封性能相对于球阀、截止阀较差，故用于密封要求不是很高的地方。球阀：是由旋塞阀演变而来，它的启闭件是一个球体，利用球体绕阀杆的轴线旋转90°实现开启和关闭的目的。球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向，设计成V形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。优点：①具有最低的流阻（实际为0）;②因在工作时不会卡住（在无润滑剂时），故能可靠地应用于腐蚀性介质和低沸点液体中；③在较大的压力和温度范围内，能实现完全密封；④可实现快速启闭，某些结构的启闭时间仅为0.05〜0.1s，以保证能用于试验台的自动化系统中。快速启闭阀门时，操作无冲击。⑤球形关闭件能在边界位置上自动定位；⑥工作介质在双面上密封可靠；⑦在全开和全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，因此高速通过阀门的介质不会引起密封面的侵蚀；⑧结构紧凑、重量轻，可以认为它是用于低温介质系统的最合理的阀门结构；⑨阀体对称，尤其是焊接阀体结构，能很好地承受来自管道的应力；⑩关闭件能承受关闭时的高压差。（11）全焊接阀体的球阀，可以直埋于地下，使阀门内件不受浸蚀，最高使用寿命可达30年，是石油、天然气管线最理想的阀门。缺点：①因为球阀最主要的阀座密封圈材料是聚四氟乙烯，它对几乎所有的化学物质都有是惰性的，且具有摩擦系数小、性能稳定、不易老化、温度适用范围广和密封性能优良的综合性特点。但聚四氟乙烯的物理特性，包括较高的膨胀系数，对冷流的敏感性和不良的热传导性，要求阀座密封的设计必须围绕这些特性进行。所以，当密封材料变硬时，密封的可靠性就受到破坏。而且，聚四氟乙烯的耐温等级较低，只能在小于180°C情况下使用。超过此温度，密封材料就会老化。而考虑长期使用的情况下，一般只会在120C不使用。②它的调节性能相对于截止阀要差一些，尤其是气动阀（或电动阀）。截止阀：是指关闭件（阀瓣）沿阀座中心线移动的阀门。根据阀瓣的这种移动形式，阀座通口的变化是与阀瓣行程成正比例关系。由于该类阀门的阀杆开启或关闭行程相对较短，而且具有非常可靠的切断功能，又由于阀座通口的变化与阀瓣的行程成正比例关系，非常适合于对流量的调节。因此，这种类型的阀门非常迁合作为切断或调节以及节流用。优点：①在开启和关闭过程中，由于阀瓣与阀体密封面间的磨擦力比闸阀小，因而耐磨。②开启高度一般仅为阀座通道的1/4，因此比闸阀小得多；③通常在阀体和阀瓣上只有一个密封血，因而制造工艺性比较好，便于维修。④由于其填料一般为石棉与石墨的混合物，故耐温等级较高。一般蒸汽阀门都用截止阀。缺点：①由于介质通过阀门的流动方向发生了变化，因此截止阀的最小流阻也较高于大多数其他类型的阀门；②由于行程较长，开启速度较球阀慢。旋塞阀：是指关闭件成柱塞形的旋转阀，通过90°的旋转使阀塞上的通道口与阀体上的通道口相通或分开，实现开启或关闭的一种阀门。阀塞的形状可成圆柱形或圆锥形。其原理与球阀基本相似，球阀是在旋塞阀的基础上发展起来的，其主要用于油田开采，同时也用于石油化工。隔膜阀：是指在阀体和阀盖内装有一挠性膜或组合隔膜，其关闭件是与隔膜相连接的一种压缩装置。阀痤可以堰形，也可以是直通流道的管壁。优点：①操纵机构与介质通路隔开，不但保证了工作介质的纯净，同时也防止管路中介质冲击操纵机构工作部件的可能性,阀杆处不需要采用任何形式的单独密封，除非在控制有害介质中作这安全设施使用；②由于工作介质接触的仅仅是隔膜和阀体，二者均可以采用多种不同的材料，因此该阀能理想控制多种工作介质，尤其适合带有化学腐蚀或悬浮颗粒的介质。③结构简单，只由阀体、隔膜和阀盖组合件三个部件构成。该阀易于快速拆卸和维修，更换隔膜可以在现场及短时间内完成。缺点：①由于受阀体衬里工艺和隔膜制造工艺和限制，较大的阀体衬里和较大的隔膜制造工艺都很难，故隔膜不宜用于较大的管径，一般应用在DNW200mm以下的管路上。②由于受隔膜材料的限制，隔膜阀适用于低压及温度不高的场合。一般不超过180°C；③调节性能相对较差，只在小范围内调节（一般在关闭至2/3开度时，可用于流量调节）。安全阀：是指在受压容器、设备或管路上，作为超压保护装置。当设备、容器或管路内的压力升高超过允许值时，阀门自动开启，继而全量排放，以防止设备、容器或管路和压力继续升高；当压力降低到规定值时，阀门应自动及时关闭，从而保护设备、容器或管路的安全运行。蒸汽疏水阀：在输送蒸汽、压缩空气等介质中，会有一些冷凝水形成，为了保证装置的工作效率和安全运转，就应及时排放这些无用且有害的介质，以保证装置的消耗和使用。它有以下作用：①能迅速排除产生的凝结水；②防止蒸汽泄露；③排除空气及其他不凝性气体。减压阀：是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。止回阀：又称逆流阀、逆止阀、背压阀和单向阀。这些阀门是靠管路中介质本身的流动产生的力自动开启和关闭的，属于一种自动阀门。止回阀用于管路系统，其主要作用是防止介质倒流、防止泵及驱动电动机反转，以及容器介质的泄放。止回阀还可用于给其中的压力可能升至超过系统压的辅助系统提供补给的管路上。主要可分为旋启式（依重心旋转）与升降式（沿轴线移动）。流量系数的定义：1、 C：在阀门全开情况下，温度为5〜40°C的水，阀两端压差为1kgf/cm2时，每小时流经阀的体积（以m3表示）。C是流量系数的通用符号，我国过去长期使用。2、Kv：在阀门全开情况下，温度为5〜40C的水，阀两端压差为100KPA时，每小时流经阀的体积（以m3表示）。Kv=1.01C，日前我国推荐使用。3、 Cv：在阀门全开情况下，温度为15°C（华氏60度）的水，阀两端压差为1lb/in2时每小时流经阀的体积（以m3表示）。Cv=1.167C第二章阀门的类型和用途阀门类型繁多，本文只介绍常用阀门第一节闸阀闸阀是指关闭件（闸板）沿通路中心线的垂直方向移动的阀门。闸阀在管路中主要作切断用。闸阀是使用很广的一种阀门，一般口径DN，50mm的切断装置都选用它，有时口径很小的切断装置也选用闸阀，闸阀有以下优点：流体阻力小。开闭所需外力较小。介质的流向不受限制。全开时，密封面受工作介质的冲蚀比截止阀小。体形比较简单，铸造工艺性较好。闸阀也有不足之处：外形尺寸和开启高度都较大。安装所需空间较大。开闭过程中，密封面间有相对摩擦，容易引起擦伤现象。闸阀一般都有两个密封面，给加工、研磨和维修增加一些困难。一、闸阀的种类按闸板的构造可分1)平行式闸阀：密封面与垂直中心线平行，即两个密封面互相平行的闸阀。如图2—12所示。图2-12 图2-13在平行式闸阀中，以带推力楔块的结构最常为常见，既在两闸板中间有双面推力楔块，这种闸阀适用于低压中小口径(DN40—300mm)闸阀。也有在两闸板间带有弹簧的，弹簧能产生予紧力，有利于闸板的密封。2)楔式闸阀：密封面与垂直中心线成某种角度，即两个密封面成楔形的闸阀如图2—13所示。密封面的倾斜角度一般有2°52'，3°30'，5°，8°，10°等，角度的大小主要取决于介质温度的高低。一般工作温度愈高，所取角度应愈大，以减小温度变化时发生楔住的可能性。在楔式闸阀中，又有单闸板，双闸板和弹性闸板之分。单闸板楔式闸阀，结构简单，使用可靠，但对密封面角度的精度要求较高，加工和维修较困难，温度变化时楔住的可能性很大。双闸板楔式闸阀在水和蒸气介质管路中使用较多。它的优点是：对密封面角度的精度要求较低，温度变化不易引起楔住的现象，密封面磨损时，可以加垫片补偿。但这种结构零件较多，在粘性介质中易粘结，影响密封。更主要是上、下挡板长期使用易产生锈蚀，闸板容易脱落。弹性闸板楔式闸阀，它具有单闸板楔式闸阀结构简单，使用可靠的优点，又能产生微量的弹性变形弥补密封面角度加工过程中产生的偏差，改善工艺性，现已被大量采用。按阀杆的构造闸阀又可分为1） 明杆闸阀：阀杆螺母在阀盖或支架上，开闭闸板时，用旋转阀杆螺母来实现阀杆的升降。如图2—12所示。这种结构对阀杆的润滑有利，开闭程度明显，因此被广泛采用。2） 暗杆闸阀：阀杆螺母在阀体内，与介质直接接触。开闭闸板时，用旋转阀杆来实现。如图2—14所示。这种结构的优点是：闸阀的高度总保持不变，因此安装空间小，适用于大口径或对安装空间受限制的闸阀。此种结构要装有开闭指示器，以指示开闭程度。这种结构的缺点是：阀杆螺纹不仅无法润滑，而且直接接受介质侵蚀，容易损坏。图2-14 图2-15二、闸阀的通径收缩如果一个阀体内的通道直径不一样（往往都是阀座处的通径小于法兰连接处的通径），称为通径收缩。如图2—15所示。通径收缩能使零件尺寸缩小，开、闭所需力相应减小，同时可扩大零部件的应用范围。但通径收缩后。流体阻力损失增大。在某些部门的某些工作条件下（如石油部门的输油管线），不允许采用通径收缩的阀门。这一方面是为了减小管线的阻力损失，另一方面是为了避免通径收缩后给机械清扫管线造成障碍。第二节截止阀

截止阀是关闭件（阀瓣）沿阀座中心线移动的阀门。截止阀在管路中主要作切断用。截止阀有以下优点：在开闭过程中密封面的摩擦力比闸阀小，耐磨。开启高度小。通常只有一个密封面，制造工艺好，便于维修。截止阀使用较为普遍，但由于开闭力矩较大，结构长度较长，一般公称通径都限制在DNW200mm以下。截止阀的流体阻力损失较大。因而限制了截止阀更广泛的使用。截止阀的种类很多，根据阀杆上螺纹的位置可分：一、 上螺纹阀杆截止阀截止阀阀杆的螺纹在阀体的外面。其优点是阀杆不受介质侵蚀，便于润滑，此种结构采用比较普遍。如图2—8所示。二、 下螺纹阀杆截止阀截止阀阀杆的螺纹在阀体内。这种结构阀杆螺纹与介质直接接触，易受侵蚀，并无法润滑。此种结构用于小口径和温度不高的地方。如图2—9所示。图2-8 图2-9根据截止阀的通道方向，又可分为；直通式截止阀，角式截止阀和三通式截止阀，后两种截止阀通常做改变介质流向和分配介质用。第三节节流阀节流阀是指通过改变通道面积达到控制或调节介质流量与压力的阀门。节流阀在管路中主要作节流使用。最常见的节流阀是采用截止阀改变阀瓣形状后作节流用。但用改变截止阀或闸阀开启高度来作节流用是极不合适的，因为介质在节流状态下流速很高，必然会使密封面冲蚀磨损，失去切断密封作用。同样用节流阀作切断装置也是不合适的。常见的节流阀如图2—10所示。

图2-10节流阀的阀瓣有多种形状，常见的有:钩形阀瓣，常用于深冷装置中的膨胀阀。如图2—11a所Z示O窗形阀瓣，适用于口径较大的节流阀如图2—11b所示。塞形阀瓣，适用于中小口径节流阀，使用较普遍。如图211C所示。a b c图2-11第四节止回阀止回阀是指依靠介质本身流动而自动开、闭阀瓣，用来防止介质倒流的阀门。止回阀根据其结构可分一、升降式止回阀：阀瓣沿着阀体垂直中心线滑动的止回阀，如图2—16所示。图2-16 图2-17升降式止回阀只能安装在水平管道上，在高压小口径止回阀上阀瓣可采用圆球。升降式止回阀的阀体形状与截止阀一样（可与截止阀通用），因此它的流体阻力系数较大。二、 旋启式止回阀：阀瓣围绕阀座外的销轴旋转的止回阀，如图2—17所示。旋启式止回阀应用较为普遍。三、 碟式止回阀：阀瓣围绕阀座内的销轴旋转的止回阀。如图2-18所示。碟式止回阀结构简单，只能安装在水平管道上，密封性较差。四、 管道式止回阀，阀瓣沿着阀体中心线滑动的阀门。如图219所示。图2-18 图2-19管道式止回阀是新出现的一种阀门，它的体积小，重量较轻，加工工艺性好，是止回阀发展方向之一。但流体阻力系数比旋启式止回阀略大。第五节旋塞阀旋塞阀是指关闭件（塞子）绕阀体中心线旋转来达到开启和关闭的一种阀门。旋塞阀在管路中主要用作切断、分配和改变介质流动方向的。旋塞阀是历史上最早被人们采用的阀件。由于结构简单，开闭迅速（塞子旋转四分之一圈就能完成开闭动作），操作方便，流体阻力小，至今仍被广泛使用。目前主要用于低压，小口径和介质温度不高的情况下。旋塞阀的塞子和塞体是一个配合很好的圆锥体，其锥度一般为1：6和1：7。一、紧定式旋塞阀紧定式旋塞阀通常用于低压直通管道，密封性能完全取决于塞子和塞体之间的吻合度好坏，其密封面的压紧是依靠拧紧下部的螺母来实现的。一般用于PNW0.6Mpa。如图2—1所示。图2-1 图2-2二、填料式旋塞阀。填料式旋塞阀是通过压紧填料来实现塞子和塞体密封的。由于有填料，因此密封性能较好。通常这种旋塞阀有填料压盖，塞子不用伸出阀体，因而减少了一个工作介质的泄漏途径。这种旋塞阀大量用于PNWlMpa的压力，如图2—2所示。三、 自封式旋塞阀自封式旋塞阀是通过介质本身的压力来实现塞子和塞体之间的压紧密封的。塞子的小头向上伸出体外，介质通过进口处的小孔进入塞子大头，将塞子向上压紧，此种结构一般用于空气介质。如图2—3所示。四、 油封式旋塞阀近年来旋塞阀的应用范围不断扩大，出现了带有强制润滑的油封式旋塞阀。由于强制润滑使塞子和塞体的密封面间形成一层油膜。这样密封性能更好，开闭省力，防止密封面受到损伤。如图2—4所示。图2-3 图2-4第六节 球阀球阀和旋塞阀是同属一个类型的阀门，只有它的关闭件是个球体，球体绕阀体中心线作旋转来达到开启、关闭的一种阀门。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向。球阀是近年来被广泛采用的一种新型阀门，它具有以下优点：流体阻力小，其阻力系数与同长度的管段相等。结构简单、体积小、重量轻。紧密可靠，目前球阀的密封面材料广泛使用塑料、密封性好，在真空系统中也已广泛使用。操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转90°，便于远距离的控制。维修方便，球阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸更换都比较方便。在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀。适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。球阀已广泛应用于石油、化工、发电、造纸、原子能、航空、火箭等各部门，以及人们日常生活中。球阀按结构形式可分：一、浮动球球阀球阀的球体是浮动的，在介质压力作用下，球体能产生一定的位移并紧压在出口端的密封面上，保证出口端密封。如图2—5所示。图2-5浮动球球阀的结构简单，密封性好，但球体承受工作介质的载荷全部传给了出口密封圈，因此要考虑密封圈材料能否经受得住球体介质的工作载荷。这种结构，广泛用于中低压球阀。二、固定球球阀球阀的球体是固定的，受压后不产生移动。固定球球阀都带有浮动阀座，受介质压力后，阀座产生移动，使密封圈紧压在球体上，以保证密封。通常在与球体的上、下轴上装有轴承，操作扭距小，适用于高压和大口径的阀门。如图2—6所示。为了减少球阀的操作扭矩和增加密封的可靠程度，近年来又出现了油封球阀，既在密封面间压注特制的润滑油，以形成一层油膜，即增强了密封性，又减少了操作扭矩，更适用高压大口径的球阀。三、弹性球球阀球阀的球体是弹性的。球体和阀座密封圈都采用金属材料制造，密封比压很大，依靠介质本身的压力已达不到密封的要求，必须施加外力。这种阀门适用于高温高压介质。如图2—7所示。弹性球体是在球体内壁的下端开一条弹性槽，而获得弹性。当关闭通道时，用阀杆的楔形头使球体涨开与阀座压紧达到密封。在转动球体之前先松开楔形头，球体随之恢复原原形，使球体与阀座之间出现很小的间隙，可以减少密封面的摩擦和操作扭矩。球阀按其通道位置可分为直通式，三通式和百角式。后两种球阀用于分配介质与改变介质的流向。

图2-6 图2-7(1)截止阀截止阀是利用阀瓣来控制启闭的阀门是供、排气系统用得最多的一种阀门。它由阀体、阀杆。阀瓣、填料等组成，其结构如图4—5所示。a内螺纹截止阀1.阀座2.阀盘3.铁丝圈4阀体5.阀盖6.阈杆7.填料8填料压盖螺帽9.填料压盖10.手轮b法兰截止阀1.连接法兰2阀座3垫片4.开口锁片5.间盘螺帽6阀体7.阀盖阀杆9.填料10.填料压盖11.螺栓12.螺帽 13.轭 14.手轮图4—5截止阀截止阔的操作与检修a操作：截止阀通常是顺时针转动阀杆为关闭，反时针转动为开启。一般用于接通或切断管路，而调节性能较差，正确使用应开则全开，关则全关，但全开时也不要开至极端而刹死。在管路压力较高的状态下，阀门开启不宜过猛。b保养与检修：在管路中设有常开或常闭截止阀，每半年至少应开闭一次，以保持阀门传动的灵活性。内漏：截止阀戴不住管路中的介质，失去了阀门的应有作用。故障通常出在闹座与陶瓣的密封上，有的是被固体物卡住，有的是阀座密封面的缺损，由于管路中残留的焊渣等固体在高压流速下。的撞击导致密封面损伤。故障排除方法：先解除系统的压力，拧开阔盖螺母，将阀杆、阀盖一起取下，如果发现有异物卡住，取出异物即可。检查阀座、阀瓣的密封面有无损伤，如有损伤，可用研磨方法修复。拆出阀杆在阀座上抹上油沙膏（先租后细），转动阀杆，磨至损伤痕迹消除即可。修复后周盖与间体复位，试压。外漏：管路中的介质泄漏出管路之外。一种故障可能是阀体有沙眼，另一种则是密封填料松弛或不足。常用的填料有石棉加入石墨、橡胶或浸油石棉，也有用聚四氟乙烯等材料制成。故障排除操作：发现阀体有沙眼，应更换新阀门。填料松弛可以用扳手拧紧螺母即可，必要时应更换填料，更换前应将阀门处在关闭状态，将螺母拧开，启开填料压盖，取出；回填料，并作清理，装上新填料，盖上压盖并拧紧螺母，锁紧螺母不应拧得过紧，以免操纵阀门时转不动。2）球阀球阀主要用于接通或阻断管路介质，尤以用在要求迅速开闭的部位更佳，如应急卸荷等处。由于其具有结构简单，零件少，重量轻，密封性能好等优点，应用日趋广泛。结构：主要由阀体、阀盖、密封阀座、球体和阀杆等组成。带孔的球体是球阀的问芯，球体受阀杆的转动来控制启闭，旋转90°即是全程的开关。球阀可分为浮动球阀和固定球阀两大类。浮动球阀的特点是球体可以自由浮动。根据密封座结构不同又分为固定密封座和带活动密封座两种。固定密封阀座的浮动球阀，结构如图4-6所示，在阀体内装有两个氟塑制成的固定密封阀座，在两间座之间夹紧一个由碳钢或不锈钢制成的浮动球，球体上有圆形通孔，开后时，通道打开；当阀杆转动90。时，球孔垂直于阀门的通道，靠介质的压力将球体紧压在后面的阀座上，保证阀门的密封。1.浮动球2.固定密封阀3.阀盖4.阀体5.阀杆6.手柄7.

填料压盖8.填料图4-6浮动球阀结构图b常见故障：球阀的故障主要表现在内漏和外漏上。内漏，是球体和阀座的密封不严，即关不死，这类故障不易修复，只能更新。外漏