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阀门的基础知识

阀门的基础知识

第一节  概述

阀门是流体管路的控制装置，其基本功能是接通或切断管路介质的流通，改变介质的流通，改变介质的流动方向，调节介质的压力和流量，保护管路的设备的正常运行。

工业用的阀门的大量应用是在瓦特发明蒸汽机之后，近二三十年来，由于石油、化工、电站、冶金、船舶、核能、宇航等方面的需要，对阀门提出更高的要求，促使人们研究和生产高参数的阀门，其工作温度从超低温-269℃到高温1200℃，甚至高达3430℃，工作压力从超真空1.33x10-8Mpa（1x10-1㎜Hg）到超高压1460MPa，阀门通径从1mm到600mm，甚至达到9750mm，阀门的材料从铸铁，碳素钢发展到钛及钛合金，高强度耐腐蚀钢等，阀门的驱动方式从手动发展到电动、气动、液动、程控、数控、遥控等。

随着现代工业的不断发展，阀门需求量不断增长，一个现代化的石油化工装置就需要上万只各式各样的阀门，阀门使用量大。

开闭频繁，但往往由于制造、使用选型、维修不当，发生跑、冒、滴、漏现象，由此引起火焰、爆炸、中毒、烫伤事故，或者造成产品质量低劣，能耗提高，设备腐蚀，物耗提高，环境污染，甚至造成停产等事故，已屡见不鲜，因此人们希望获得高质量的阀门，同时也要求提高阀门的使用，维修水平，这时对从事阀门操作人员，维修人员以及工程技术人员，提出新的要求，除了要精心设计、合理选用、正确操作阀门之外，还要及时维护、修理阀门，使阀门的“跑、冒、滴、漏”及各类事故降到最低限度。

第二节  阀门的分类

阀门的用途广泛，种类繁多，分类方法也比较多。

总的可分两大类：

第一类自动阀门：

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。

第二类驱动阀门：

借助手动、电动、液动、气动来操纵动作的阀门。

如闸阀，截止阀、节流阀、蝶阀、球阀、旋塞阀等。

此外，阀门的分类还有以下几种方法：

一、按结构特征，根据关闭件相对于阀座移动的方向可分：

1．  截门形：

关闭件沿着阀座中心移动，如图1—1所示。

2．  闸门形：

关闭件沿着垂直阀座中心移动，如图1—2所示。

3．  旋塞和球形：

关闭件是柱塞或球，围绕本身的中心线旋转，如图1—3所示。

4．  旋启形；关闭件围绕阀座外的轴旋转，如图1—4所示。

5．  碟形：

关闭件的圆盘，围绕阀座内的轴旋转，如图1—5所示。

6．  滑阀形：

关闭件在垂直于通道的方向滑动，如图1—6所示。

二、按用途，根据阀门的不同用途可分：

1．  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。

2．  止回用：

用来防止介质倒流，如止回阀。

3．  调节用：

用来调节介质的压力和流量，如调节阀、减压阀。

4．  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。

5．  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。

6．  他特殊用途：

如疏水阀、放空阀、排污阀等

三、按驱动方式，根据不同的驱动方式可分：

1．  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。

2．  电动：

借助电机或其他电气装置来驱动。

3．  液动：

借助（水、油）来驱动。

4．  气动；借助压缩空气来驱动。

四、按压力，根据阀门的公称压力可分：

1．  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。

2．  低压阀：

公称压力PN≤1.6Mpa的阀门（包括PN≤1.6MPa的钢阀）

3．  中压阀：

公称压力PN2.5—6.4MPa的阀门。

4．  高压阀：

公称压力PN10.0—80.0MPa的阀门。

5．  超高压阀：

公称压力PN≥100.0MPa的阀门。

五、按介质的温度分，根据阀门工作时的介质温度可分：

1．  普通阀门：

适用于介质温度-40℃～425℃的阀门。

2．  高温阀门：

适用于介质温度425℃～600℃的阀门。

3．  耐热阀门：

适用于介质温度600℃以上的阀门。

4．  低温阀门：

适用于介质温度-40℃～-150℃的阀门。

5．  超低温阀门：

适用于介质温度-150℃以下的阀门。

六、按公称通径分，根据阀门的公称通径可分：

1．  小口径阀门：

公称通径DN<40mm的阀门。

2．  中口径阀门：

公称通径DN50~300mm的阀门。

3．  大口径阀门：

公称通径DN350~1200mm的阀门。

4．  特大口径阀门：

公称通径DN≥1400mm的阀门。

七、按与管道连接方式分，根据阀门与管道连接方式可分；

1．  法兰连接阀门：

阀体带有法兰，与管道采用法兰连接的阀门。

2．  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。

3．  焊接连接阀门：

阀体带有焊口，与管道采用焊接连接的阀门。

4．  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。

5．  卡套连接阀门：

采用卡套与管道连接的阀门。

第三节  阀门的型号编制方法

一、阀门的型号

阀门的型号是用来表示阀类、驱动及连接形式、密封圈材料和公称压力等要素的。

由于阀门种类繁杂，为了制造和使用方便，国家对阀门产品型号的编制方法做了统一规定。

阀门产品的型号是由七个单元组成，用来表明阀门类别、驱动种类、连接和结构形式、密封面或衬里材料、公称压力及阀体材料。

1．阀门的类型代号  

      表1—1

阀门类型

代  号

阀  门  类  型

代号

阀  门  类  型

代号

闸      阀    

    Z

球          阀

  Q

疏    水    阀

  S

截  止  阀

    J

旋    塞    阀

  X

安    全    阀

  A

节  流  阀

    L

液面指示器

  M

减    压    阀

  Y

隔  膜  阀

    G

止    回    阀

  H

柱  塞  阀

    U

碟          阀

  D

2．传动方式代号用阿拉伯数字表示，按表1—2的规定

表1—2

传  动  方  式

  代    号

传  动  方  式

  代        号

电      磁    阀

电  磁—液  动

电  —  液    动

蜗            轮

正      齿    轮

        0

        1

        2

        3

        4

伞    齿      轮

气            动

液            动

气  —  液    动

电            动

5

6

7

8

9

注：

①手轮、手柄和扳手传动以及安全阀、减压阀、疏水阀省略本代号。

    ②对于气动或液动：

常开式用6K、7K表示；常闭式用6B、7B表示；气动带手动用6S表示。

防爆电动用“9B”表示。

3．连接形式代号用阿拉伯数字表示，按表1—3的规定

                                                                表1—3

连  节  形  式

  代        号

连  节  形  式

  代        号

内    螺    纹

外    螺    纹

法            兰

焊            接

        1

        2

        4

        6

对            夹

卡            箍

卡            套

        7

        8

        9

    注：

焊接包括对焊和承插焊

4．结构形式代号用阿拉伯数字表示1—4~13

                                                                  表1—4

            闸    阀    结    构    形    式

  代  号

    明    杆

    楔    式

  弹  性  闸  板

      0

  刚

  性

  单  闸  板

      1

  双  闸  板

      2

  平  行  式

  单  闸  板

      3

  双  闸  板

      4

    暗    杆    楔    式

  单  闸  板

      5

  双  闸  板

      6

                                                                表1—5

  截  止  阀  和  节  流  阀  结  构  形  式

    代        号

      直            通            式

        1

      角                          式

        4

      直            流            式

        5

平        衡

    直    通    式

        6

    角          式

        7

                                                              表1—6

          球  阀  结  构  形  式

    代      号

    浮        动

  直    通    式

        1

L  形

三  通  式

        4

T  形

        5

    固        定

  直    通    式

        7

                                                                表1—7

      蝶  阀  结  构  形  式

      代        号

杠          杆          式

垂      直      板      式

斜          板          式

0

1

3

                                                                表1—8

    隔  膜  阀  结  构  形  式

      代        号

屋          脊          式

截          止          式

闸          板          式

1

3

7

                                                                表1—9

        旋  塞  阀  结  构  形  式

    代      号

    填      料

  直    通    式

        3

  T  形  三  通式

        4

  四    通    式

        5

    油      封

  直    通    式

        7

  T  形  三  通式

        8

1—10

      止  回  阀  和  底  阀  结  构  形  式

    代      号

    升        降

  直    通    式

        1

  立            式

        2

    旋        启

  单    瓣    式

        4

  多    瓣    式

        5

  双    瓣    式

        6

                                                            表1—11

          安  全  阀  结  构  形  式

  代  号

  弹    簧

  封    闭

带散热片

全  启  式

    0

    1

    2

带  板  手

全  启  式

    4

不  封  闭

双弹簧微启式

    3

微  启  式

    7

全  启  式

    8

微  启  式

    5

带控制机构

全  启  式

    6

            脉              冲              式

    9

      注：

杠杆式安全阀在类型代号前加“G”汉语拼音字母。

  表1—12

      减  压  阀  结  构  形  式

        代          号

        薄        膜        式

        弹  簧  薄  膜  式

        活        塞        式

        波    纹    管    式

        杠        杆        式

1

2

3

4

5

                                                            表1—13

      疏  水  阀  结  构  形  式

        代          号

        浮        球        式

        钟  形  浮  子  式

        脉        冲        式

        热      动    力  式

1

5

8

9

6．  阀座密封面或衬里材料代号用汉语拼音字母表示，按表1—14的规定。

阀座密封面或衬里材料

  代  号

阀座密封面或衬里材料

  代  号

铜    合    金

橡            胶

尼  龙  塑  料

氟    塑    料

巴  氏  合  金

合    金    钢

T

X

N

F

B

H

  渗    氮    钢

  硬  质  合  金

  衬            胶

  衬            铅

  搪            瓷

  渗      硼    钢

D

Y

J

Q

C

P

  注：

由阀体直接加工的阀座密封面材料代号用“W”表示；当阀座和阀瓣（闸板）密封面材料不同时，

用低硬度材料代号表示（隔膜阀除外）。

    8．阀体材料代号用汉语拼音字母表示，按表1—15的规定  

                                                            表1—15  

  阀  体  材  料

  代    号

  阀  体  材  料

  代    号

HT25-47

KT30-6

QT40-15

H62

ZG25

        Z

K

Q

T

C

Cr5Mo

1Cr18Ni9Ti

Cr18Ni12Mo2Ti

12CrMoV

I

P

R

V

    注：

PN≤1.0MPa的灰铸铁阀体和PN≥2.5MPa的碳素钢阀体，省略本代号。

小知识——阀门性能

作者：

罗盛来，2005-1-1719:

58:

00发表于：

《流体控制论坛》

　　密封性能

　　阀门的密封性能是指阀门各密封部位阻止介质泄漏的能力，它是阀门最重要的技术性能指标。

阀门的密封部位有三处：

启闭件与阀座两密封面间的接触处；填料与阀杆和填料函的配和处；阀体与阀盖的连接处。

其中前一处的泄漏叫做内漏，也就是通常所说的关不严，它将影响阀门截断介质的能力。

对于截断阀类来说，内漏是不允许的。

后两处的泄漏叫做外漏，即介质从阀内泄漏到阀外。

外漏会造成物料损失，污染环境，严重时还会造成事故。

对于易燃易爆、有毒或有放射的介质，外漏更是不能允许的，因而阀门必须具有可靠的密封性能。

　　流动介质

　　介质流过阀门后会产生压力损失（既阀门前后的压力差），也就是阀门对介质的流动有一定的阻力，介质为克服阀门的阻力就要消耗一定的能量。

从节约能源上考虑，设计和制造阀门时，要尽可能降低阀门对流动介质的阻力。

　　启闭力和启闭力矩

　　启闭力和启闭力矩是指阀门开启或关闭所必须施加的作用力或力矩。

关闭阀门时，需要使启闭件与发座两密封面间形成一定的密封比压，同时还要克服阀杆与填料之间、阀杆与螺母的螺纹之间、阀杆端部支承处及其他磨擦部位的摩擦力，因而必须施加一定的关闭力和关闭力矩，阀门在启闭过程中，所需要的启闭力和启闭力矩是变化的，其最大值是在关闭的最终瞬时或开启的最初瞬时。

设计和制造阀门时应力求降低其关闭力和关闭力矩。

　　启闭速度

　　启闭速度是用阀门完成一次开启或关闭动作所需的时间来表示。

一般对阀门的启闭速度无严格要求，但有些工况对启闭速度有特殊要求，如有的要求迅速开启或关闭，以防发生事故，有的要求缓慢关闭，以防产生水击等，这在选用阀门类型时应加以考虑。

　　动作灵敏度和可靠性

　　这是指阀门对于介质参数变化，做出相应反应的敏感程度。

对于节流阀、减压阀、调节阀等用来调节介质参数的阀门以及安全阀、疏水阀等具有特定功能的阀门来说，其功能灵敏度与可靠性是十分重要的技术性能指标。

　　使用寿命

　　它表示阀门的耐用程度，是阀门的重要性能指标，并具有很大的经济意义。

通常以能保证密封要求的启闭次数来表示，也可以用使用时间来表示。

影响阀门密封性能的因素

影响阀门密封性能的因素很多、很复杂,但主要表现有介质的物理性质、密封比压、密封副结构及质量等几方面。

3.1介质的物理性质

介质的物理性质主要包括粘度、温度和亲水性等。

与被密封流体的渗透能力及其粘度密切相关。

气体的粘度比液体的粘度小,其渗透能力比液体强,但饱和蒸汽例外（饱和蒸汽易保证密封）。

压缩气体比液体更易泄漏。

用气体做密封试验要比液体做密封试验严格得多。

用于气体介质的阀门,应用气体做试验。

气体的粘度随温度的升高而增大。

液体的粘度随温度的升高而减小。

此外,温度的变化还引起零件尺寸的改变及密封副的破坏和松弛。

为了减小温度的影响可把阀门密封副设计成具有热补偿性,如球阀、闸阀和蝶阀等可设计成弹性阀座,填料箱用弹簧加载补偿等。

接触表面亲水性对泄漏的影响是毛细孔特性引起的。

当表面有一层很薄的油膜时,破坏了接触面的亲水性,并且堵塞流体通道。

所以对非油脂密封阀门做密封试验时应除去阀腔内密封面上的油脂,确保阀门密封的可靠性。

当采用油脂密封时,应当注意工作过程中油膜减少须及时补充油膜,所采用的油脂不应溶于流体中,不蒸发,不硬化或有其他化学变化。

3.2密封面比压

比压是由于阀前与阀后的压力差及外加密封力决定的。

比压大小直接影响阀门的密封性、可靠性和使用寿命。

在条件相同情况下。

比压太小容易引起泄漏,比压太大容易引起损坏,所以在设计中必须考虑在保证密封时所需最小比压的情况下,适当加大比压。

3.3密封副结构

由于密封副不是绝对刚性的,在密封力作用下或温度变化的影响下,其结构尺寸必然变化,会改变密封副之间的相互作用力,使密封性能降低。

为了补偿这种变化,应使密封件具有一定的弹性变形。

如阀座采用弹性补偿或金属体支撑的结构形式。

3.4密封副质量

密封副质量主要表现在材料选择,匹配和制造精度上。

阀瓣与阀座密封面吻合度高,则增加流体的阻力,提高密封性。

环向波纹度多,迷宫密封性能好。

粗糙度高低影响密封比压的大小。

因此只有加大压力,才能压平密封面上微观不平尖峰,产生塑性变形才能密封。

密封副材料选择的好坏,将直接影响阀门密封性能。

在阀门阀杆填料函密封结构形式已确定的情况下,选择弹性及延伸性好、耐腐蚀性强、机械强度高、摩擦系数小的密封填料。

新型膨胀聚四氟乙烯密封填料具有这种特性。

这种填料是在聚四氟乙烯中添加了石墨、二硫化钼和硅油等材料,综合性能好,工作压力可达35～40MPa。

当阀门在工作中因摩擦产生热量而温度上升时,该填料能自动释放出硅油进行冷却和自润滑。

该填料受压前膨松、柔软处于高弹性状态。

受压后填料纤维相互缠结,收缩储量空间压缩比高达25%～30%,并镶嵌在阀杆的圆柱表面。

对于阀函和阀杆存在的各种误差,在装入填料后,都能在等量空间形成一个完整的高韧性密封结构而得以弥补。

当阀杆启闭转动,在三维空间形成位移时,填料可释放出弹性储量,向阀杆漂移的反方向运动,以及时补偿阀杆和填料之间的缝隙或因填料磨损产生的径向和轴向空间当量,使阀杆与密封填料的三维动态位移形成线性补偿关系,堵塞介质沿阀杆轴向泄漏的通道,从而达到安全可靠的最佳密封效果的目的。

影响阀门密封性能的因素

影响阀门密封性能的因素很多、很复杂,但主要表现有介质的物理性质、密封比压、密封副结构及质量等几方面。

3.1介质的物理性质

介质的物理性质主要包括粘度、温度和亲水性等。

与被密封流体的渗透能力及其粘度密切相关。

气体的粘度比液体的粘度小,其渗透能力比液体强,但饱和蒸汽例外（饱和蒸汽易保证密封）。

压缩气体比液体更易泄漏。

用气体做密封试验要比液体做密封试验严格得多。

用于气体介质的阀门,应用气体做试验。

气体的粘度随温度的升高而增大。

液体的粘度随温度的升高而减小。

此外,温度的变化还引起零件尺寸的改变及密封副的破坏和松弛。

为了减小温度的影响可把阀门密封副设计成具有热补偿性,如球阀、闸阀和蝶阀等可设计成弹性阀座,填料箱用弹簧加载补偿等。

接触表面亲水性对泄漏的影响是毛细孔特性引起的。

当表面有一层很薄的油膜时,破坏了接触面的亲水性,并且堵塞流体通道。

所以对非油脂密封阀门做密封试验时应除去阀腔内密封面上的油脂,确保阀门密封的可靠性。

当采用油脂密封时,应当注意工作过程中油膜减少须及时补充油膜,所采用的油脂不应溶于流体中,不蒸发,不硬化或有其他化学变化。

3.2密封面比压

比压是由于阀前与阀后的压力差