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阀门技术篇之-总论

日期:2020-03-20  作者:佚名

在流体管道系统中,阀门是控制元件,其主要作用是隔离设备和管道系统、调节流量、防止回流、调节和排泄压力。

阀门可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、浆体、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。由于管道系统选择最适合的阀门显得非常重要,所以,了解阀门的特性及选择阀门的步骤和依据也变得至关重要起来。

一、阀门的分类

阀门总的可分两大类:

1自动阀门

依靠介质(液体、气体)本身的能力而自行动作的阀门。

如止回阀、安全阀、调节阀、疏水阀、减压阀等。

2驱动阀门

1)手动

手动阀门是用最基本的驱动方式,也就是由人工手动来操作的阀门。手动的形式包括手轮、手柄或板手直接驱动和通过传动机构涡轮进行驱动两种。

当阀门的启动力矩较大时,普通手柄或手轮操作费力困难,可通过齿轮或涡轮传动进行驱动。齿轮传动分直齿圆柱齿轮传动和锥齿传动。齿轮传动减速比小,适用于闸阀和截止阀,涡轮传动减速比较大,适用于蝶阀、球阀等。

2)气动

气动阀门的驱动形式是以一定压力的空气为动力源,利用气缸做活塞运动来驱动阀门启闭的。一般气动的空气压力小于0.8MPa。气动驱动装置适用于扭矩较小的蝶阀、球阀和旋塞阀。

3)电动

电动阀门是用电力驱动的阀门,也是最常用的阀门驱动方式之一,电动阀门的优点如下:

1.启闭快,阀门启闭时间大大缩减。

2.可以减轻阀门操作人员的工作强度,尤其适用于高压阀门和大口径阀门。

3.电动阀门一般安装高空或者操作环境危险的地方,可以进行远距离操纵,保障操作人员的安全。

4.有利于整个系统的自动化。

5.电源比气源和液源容易获得,电线的铺设和维护也比压缩空气和液压管线简单得多。

4)液动阀门

是以液体(一般用油)压力作为驱动装置的动力源。驱动阀门的启闭。液体为不可压缩的流体, 用它作动力源,动作就比较平稳,冲击振动小。而且油还能直到良好的润滑作用,减小了密封圈的磨损,延长了使用寿命。

液动阀门按其所提供的动力源形式,可分为电液联动和气液联动。

 (a)电液联动阀门 由液压操纵系统、驱动装置、行程控制机构和阀本体等几部分组成。

 (b)气液联动阀门 实际上是一种自力式驱动阀门,即以输送管道内的气体介质压力为其动力源,经气液换能罐将气压能转换为液压能,然后驱动阀门动作。它由操纵系统、气液换能装置、驱动装置和阀本体等几部分组成。

按结构特征,根据关闭件相对于阀座移动的方向可分为:

截门形:关闭件沿着阀座中心移动;

闸门形:关闭件沿着垂直阀座中心移动;

旋塞和球形:关闭件是柱塞或球,围绕本身的中心线旋转;

旋启形:关闭件围绕阀座外的轴旋转;

碟形:关闭件的圆盘,围绕阀座内的轴旋转;

滑阀形:关闭件在垂直于通道的方向滑动。

按用途,根据阀门的不同用途可分为:

开断用:用来接通或切断管路介质,如截止阀、闸阀、球阀、蝶阀等。

止回用:用来防止介质倒流,如止回阀。

调节用:用来调节介质的压力和流量,如调节阀、减压阀。

分配用:用来改变介质流向、分配介质,如三通旋塞、分配阀、滑阀等。

安全阀:在介质压力超过规定值时,用来排放多余的介质,保证管路系统及设备安全,如安全阀、事故阀。

其它特殊用途:如疏水阀、放空阀、排污阀等。

按驱动方式,根据不同的驱动方式可分为:

手动:借助手轮、手柄、杠杆或链轮等,有人力驱动,传动较大力矩时装有蜗轮、齿轮等减速装置。

电动:借助电机或其他电气装置来驱动。

液动:借助(水、油)来驱动。

气动:借助压缩空气来驱动。

按压力,根据阀门的公称压力可分为:

真空阀:绝对压力<0.1Mpa即 760mm汞柱高的阀门,通常用mm汞柱或mm水柱表示压力。

低压阀:公称压力PN≤1.6Mpa的阀门(包括PN≤1.6MPa的钢阀)

中压阀:公称压力PN2.5—6.4MPa的阀门。

高压阀:公称压力PN10.0—80.0MPa的阀门。

超高压阀:公称压力PN≥100.0MPa的阀门。

按介质的温度分,根据阀门工作时的介质温度可分为:

普通阀门:适用于介质温度-40℃~425℃的阀门。

高温阀门:适用于介质温度425℃~600℃的阀门。

耐热阀门:适用于介质温度600℃以上的阀门。

低温阀门:适用于介质温度-150℃~ -40℃的阀门。

超低温阀门:适用于介质温度-150℃以下的阀门。

按公称通径分,根据阀门的公称通径可分为:

小口径阀门:公称通径DN<40mm的阀门。

中口径阀门:公称通径DN50~300mm的阀门。

大口径阀门:公称通径DN350~1200mm的阀门。

特大口径阀门:公称通径DN≥1400mm的阀门。

按与管道连接方式分,根据阀门与管道连接方式可分为:

法兰连接阀门:阀体带有法兰,与管道采用法兰连接的阀门。

螺纹连接阀门:阀体带有内螺纹或外螺纹,与管道采用螺纹连接的阀门。

焊接连接阀门:阀体带有焊口,与管道采用焊接连接的阀门。

夹箍连接阀门:阀体上带有夹口,与管道采用夹箍连接的阀门。

卡套连接阀门:采用卡套与管道连接的阀门。

二、阀门的特性

阀门的特性一般有两种,使用特性和结构特性。

1使用特性

它确定了阀门的主要使用性能和使用范围,属于阀门使用特性的有:

阀门的类别(闭路阀门、调节阀门、安全阀门等);

产品类型(闸阀、截止阀、蝶阀、球阀等);

阀门主要零件(阀体、阀盖、阀杆、阀瓣、密封面)的材料;

阀门传动方式等。

2结构特性

它确定了阀门的安装、维修、保养等方法的一些结构特性,属于结构特性的有:

阀门的结构长度和总体高度、与管道的连接形式(法兰连接、螺纹连接、夹箍连接、外螺纹连接、焊接端连接等);

密封面的形式(镶圈、螺纹圈、堆焊、喷焊、阀体本体);

阀杆结构形式(旋转杆、升降杆)等。

三、选择阀门的步骤和依据

1选择步骤

(1)明确阀门在设备或装置中的用途,确定阀门的工作条件:适用介质、工作压力、工作温度等等。

(2)确定与阀门连接管道的公称通径和连接方式:法兰、螺纹、焊接等。

(3)确定操作阀门的方式:手动、电动、电磁、气动或液动、电气联动或电液联动等。

(4)根据管线输送的介质、工作压力、工作温度确定所选阀门的壳体和内件的材料:灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、碳素钢、合金钢、不锈耐酸钢、铜合金等。

(5)选择阀门的种类:闭路阀门、调节阀门、安全阀门等。

(6)确定阀门的型式:闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、节流阀、安全阀、减压阀、蒸汽疏水阀等。

(7)确定阀门的参数:对于自动阀门,根据不同需要先确定允许流阻、排放能力、背压等,再确定管道的公称通径和阀座孔的直径。

(8)确定所选用阀门的几何参数:结构长度、法兰连接形式及尺寸、开启和关闭后阀门高度方向的尺寸、连接的螺栓孔尺寸和数量、整个阀门外型尺寸等。

(9)利用现有的资料:阀门产品目录、阀门产品样本等选择适当的阀门产品。

2选择阀门的依据

在了解掌握选择阀门步骤的同时,还应进一步了解选择阀门的依据。

(1)所选用阀门的用途、使用工况条件和操纵控制方式。

(2)工作介质的性质:工作压力、工作温度、腐蚀性能,是否含有固体颗粒,介质是否有毒,是否是易燃、易爆介质,介质的黏度等等。

(3)对阀门流体特性的要求:流阻、排放能力、流量特性、密封等级等等。

(4)安装尺寸和外形尺寸要求:公称通径、与管道的连接方式和连接尺寸、外形尺寸或重量限制等。

(5)对阀门产品的可靠性、使用寿命和电动装置的防爆性能等的附加要求。

在选定参数时应注意:

如果阀门要用于控制目的,必须确定如下额外参数:操作方法、最大和最小流量要求、正常流动的压力降、关闭时的压力降、阀门的最大和最小进口压力。

根据上述选择阀门的依据和步骤,合理、正确地选择阀门时还必须对各种类型阀门的内部结构进行详细了解,以便能对优先选用的阀门做出正确的抉择。

管道的最终控制是阀门。阀门启闭件控制着介质在管道内的流束方式,阀门流道的形状使阀门具备一定的流量特性,在选择管道系统最适合安装的阀门时必须考虑到这一点。

选择阀门应遵循的原则:

1、截止和开放介质用的阀门

流道为直通式的阀门,其流阻较小,通常选择作为截止和开放介质用的阀门。向下闭合式阀门(截止阀、柱塞阀)由于其流道曲折,流阻比其他阀门高,故较少选用。在允许有较高流阻的场合,可选用闭合式阀门。

2、控制流量用的阀门

通常选择易于调节流量的阀门作为控制流量用。向下闭合式阀门(如截止阀)适于这一用途,因为它的阀座尺寸与关闭件的行程之间成正比关系。旋转式阀门(旋塞阀、蝶阀、球阀)和挠曲阀体式阀门(夹紧阀、隔膜阀)也可用于节流控制,但通常只能在有限的阀门口径范围内适用。闸阀是以圆盘形闸板对圆形阀座口做横切运动,它只有在接近关闭位置时,才能较好地控制流量,故通常不用于流量控制。

3、换向分流用的阀门

根据换向分流的需要,这种阀门可有三个或更多的通道。旋塞阀和球阀较适用于这一目的,因此,大部分用于换向分流的阀门都选取这类阀门中的一种。但是在有些情况下,其他类型的阀门,只要把两个或更多个阀门适当地相互连接起来,也可作换向分流用。

4、带有悬浮颗粒的介质用阀门

当介质中带有悬浮颗粒时,最适于采用其关闭件沿密封面的滑动带有擦拭作用的阀门。如果关闭件对阀座的来回运动是竖直的,那末就可能夹持颗粒,因此这种阀门除非密封面材料可以允许嵌入颗粒,否则只适用于基本清洁的介质。球阀和旋塞阀在启闭过程中对密封面均有擦拭作用,故适宜用在带有悬浮颗粒的介质中。

四、阀门选型说明

1闸阀

一般情况下,应首选闸阀。闸阀除适用于蒸汽、油品等介质外,还适用于含有粒状固体及粘度较大的介质,并适用于放空和低真空系统的阀门。对带有固体颗粒的介质,闸阀阀体上应带有一个或两个吹扫孔。对低温介质,应选用低温专用闸阀。

2截止阀

截止阀适用于对流体阻力要求不严的管路上,即对压力损失考虑不大,以及高温、高压介质的管路或装置,适用于DN<200mm的蒸汽等介质管道上;小型阀门可选用截止阀,如针形阀、仪表阀、取样阀、压力计阀等;截止阀有流量调节或压力调节,但对调节精度要求不高,而且管路直径又比较小时,宜选用截止阀或节流阀;对于剧毒介质,宜选用波纹管密封的截止阀;但截止阀不宜用于粘度较大的介质和含有颗粒易沉淀的介质,也不宜作放空阀及低真空系统的阀门。

3球阀

球阀适用于低温、高压、粘度大的介质。大多数球阀可用于带悬浮固体颗粒的介质中,依据密封耐磨的材料要求也可用于粉状和浆体的介质输送;全通道球阀不适用于流量调节,但适用于要求快速启闭的场合,便于实现事故紧急切断;通常在密封性能严格、磨损、缩口通道、启闭动作迅速、高压截止(压差大)、低噪音、有气化现象、操作力矩小、流体阻力小的管路中,推荐使用球阀;球阀适用于轻型结构、低压截止、腐蚀性介质中;球阀还是低温、深冷介质的最理想阀门,低温介质的管路系统和装置上,宜选用加上阀盖的低温球阀;选用浮动球球阀时其阀座材料应承接球体和工作介质的载荷,大口径的球阀在操作时需要较大的力,DN≥200mm的球阀应选用蜗轮传动形式;固定球球阀适用于较大口径及压力较高的场合;另外,用于工艺剧毒物料、可燃介质管道的球阀,应具有防火、防静电结构。

4安全阀

安全阀是启闭件受外力作用下处于常闭状态,当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时,通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值的特殊阀门。安全阀属于自动阀类,主要用于锅炉、压力容器和管道上,控制压力不超过规定值,对人身安全和设备运行起重要保护作用。

5旋塞阀

旋塞阀适用于要求快速启闭的场合,一般不适用于蒸汽及温度较高的介质,用于温度较低、粘度大的介质,也适用于带悬浮颗粒的介质。

6蝶阀

蝶阀适用于口径较大(如DN>600mm)及结构长度要求短,以及需要进行流量调节及启闭要求快速的场合,一般用于温度≤80℃、压力≤1.0MPa的水、油品和压缩空气等介质;由于蝶阀相对于闸阀、球阀压力损失比较大,故蝶阀适用于压力损失要求不严的管路系统中。

7止回阀

止回阀一般适用于清净介质,不宜用于含有固体颗粒和粘度较大的介质。

当DN≤40mm时,宜采用升降止回阀(仅允许安装在水平管道上);

当DN=50~400mm时,宜采用旋启式升降止回阀(在水平和垂直管道上都可安装,如安装在垂直管道上,介质流向要由下而上);

当DN≥450mm时,宜采用缓冲型止回阀;

当DN=100~400mm也可选用对夹式止回阀;

旋启式止回阀可以做成很高的工作压力,PN可以达到42MPa,根据壳体及密封件的材质不同可适用于任何工作介质和任何工作温度范围。介质为水、蒸汽、气体、腐蚀性介质、油品、药品等。介质工作温度范围在 -196~800℃之间。

8隔膜阀

隔膜阀适用于工作温度小于200℃、压力小于1.0MPa的油品、水、酸性介质和含悬浮物的介质,不适用于有机溶剂和强氧化剂介质;研磨颗粒性介质宜选堰式隔膜阀,选用堰式隔膜阀要参照它的流量特性表;粘性流体、水泥浆以及沉淀性介质宜选用直通式隔膜阀;除特定要求,隔膜阀不宜用于真空管路和真空设备上。

结束语

阀门行业到目前为止,已能生产种类齐全的闸阀、截止阀、节流阀、旋塞阀、球阀、电动阀、隔膜阀、止回阀、安全阀、减压阀、蒸汽疏水阀和紧急切断阀等12大类、3000多个型号、4000多个规格的阀门产品;工作压力为600MPa,公称通径达5350mm,工作温度为1200℃,工作温度为-196℃,适用介质为水、浆体、油品、天然气、强腐蚀性介质(如浓硝酸、中浓度硫酸等)、易燃介质(如笨、乙烯等)、有毒介质(如硫化氢)、易爆介质及带放射性介质(金属钠、-回路纯水等)。阀门承压件材质铸铜、铸铁、球墨铸铁、高硅铸铁、铸钢、锻钢、高、低合金钢、不锈耐酸钢、哈氏合金、因科镍尔、蒙乃尔合金、双相不锈钢、钛合金等。

面对如此众多的阀门品种和如此复杂的各种工况,要选择管道系统安装的阀门产品,首先应了解阀门的特性;其次应掌握选择阀门的步骤和依据;再者应遵循选择阀门的原则。

 

 
 
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