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、泥浆、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:
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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。
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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。
按结构特征,根据关闭件相对于阀座移动的方向可分为:
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截门形:关闭件沿着阀座中心移动;
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闸门形:关闭件沿着垂直阀座中心移动;
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旋塞和球形:关闭件是柱塞或球,围绕本身的中心线旋转;
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旋启形:关闭件围绕阀座外的轴旋转;
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碟形:关闭件的圆盘,围绕阀座内的轴旋转;
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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:
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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。
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止回用:用来防止介质倒流,如止回阀。
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调节用:用来调节介质的压力和流量,如调节阀、减压阀。
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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。
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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。
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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:
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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。
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电动:借助电机或其他电气装置来驱动。
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液动:借助(水、油)来驱动。
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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:
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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。
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低压阀:公称压力PN≤1.6Mpa的阀门(包括PN≤1.6MPa的钢阀)
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中压阀:公称压力PN2.5—6.4MPa的阀门。
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高压阀:公称压力PN10.0—80.0MPa的阀门。
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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:
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普通阀门:适用于介质温度-40℃~425℃的阀门。
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高温阀门:适用于介质温度425℃~600℃的阀门。
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耐热阀门:适用于介质温度600℃以上的阀门。
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低温阀门:适用于介质温度-150℃~ -40℃的阀门。
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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:
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小口径阀门:公称通径DN<40mm的阀门。
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中口径阀门:公称通径DN50~300mm的阀门。
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大口径阀门:公称通径DN350~1200mm的阀门。
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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:
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法兰连接阀门:阀体带有法兰,与管道采用法兰连接的阀门。
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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。
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焊接连接阀门:阀体带有焊口,与管道采用焊接连接的阀门。
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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。
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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。
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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:
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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:
三、选择阀门的步骤和依据
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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。
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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
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闸阀的选型
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。
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截止阀选型说明
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。
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球阀选型说明
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,依据密封的材料要求也可用于粉状和颗粒状的介质;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。
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节流阀选型说明
节流阀适用于介质温度较低、压力较高的场合,适用于需要调节流量和压力的部位,不适用于粘度大和含有固体颗粒的介质,不宜作隔断阀。
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旋塞阀选型说明
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。
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蝶阀选型说明
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。
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止回阀选型说明
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。
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。
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隔膜阀选型说明
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。
阀门应用、操作频率和服务千变万化,要控制或杜绝那怕是低微的泄漏,最重要、最关键的设备还数阀门。学会正确选择阀门至关重要。
不同工况下,蝶阀和闸阀的应用有啥不同?
闸阀和蝶阀在管道使用中都是起开关,调节流量的作用。当然在蝶阀和闸阀的选配过程中还是有方法的。
在供水管网中为了降低管道覆土深度,一般口径较大管道选配蝶阀,对覆土深度影响不大的,力求选配闸阀,但是同样规格的闸阀价格又比蝶阀的价格高。至于口径的分界线应各地按具体情况考虑。从近十年使用情况而言,蝶阀出现的故障比闸阀高,因此在条件许可的情况下,扩大闸阀的使用范围是值得关注的。
关于闸阀近年来,国内不少阀门制造厂家,研制、仿制软密封闸阀,这种闸阀比传统的楔式或平行双闸板式闸阀有如下特点:
软密封闸阀的阀体、阀盖采用精密铸造法铸造,一次成型,基本不机械加工,不使用密封铜环,节约有色金属。
软密封闸阀底部无凹坑,不积存渣物,闸阀启闭的故障率低。
软密封衬胶阀板尺寸统一,互换性强。
因此软密封闸阀将是供水行业乐意采用的一种形式。目前国内制造的软密封闸阀口径达1500mm,但多数厂家制造的口径在80-300mm间,国内制造工艺上尚有诸多问题。软密封闸阀的关键部件是衬胶阀板,而衬胶阀板的技术要求较高,国外也不是所有厂家都能达到的,往往是从质量可靠的厂方购进组装。
国内软密封闸阀的铜螺母块是嵌挂在衬胶阀板上方的,类似闸阀的结构,由于螺母块的活动摩擦容易使阀板的衬胶剥离。国外某公司的软密封闸阀,铜螺母块是镶嵌在衬胶闸板内,形成整体,克服了上述缺点,但阀盖与阀体组合的同心度要求较高。
但是在启闭软密封闸阀时,千万不应关闭过死,只要达到止水效果即可,否则不易开启或衬胶剥离。某阀门厂家,在阀门试压检验时,使用扭力板手来控制关闭的程度,作为自来水公司的阀门操作人员也应效仿此种启闭方法。
蝶阀于闸阀的使用区别在哪里?
按照闸阀和蝶阀的作用及用途来说,闸阀流阻小,密封性能好,因闸阀阀板和介质流向是垂直角度,如果闸阀在阀板开关不到位,介质对阀板的冲刷使阀板颤动,极易照成闸阀密封损坏。
蝶阀又叫翻板阀,是一种结构简单的调节阀,可用于低压管道介质的开关控制的蝶阀是指关闭件(阀瓣或蝶板)为圆盘,围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀,阀门可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。在管道上主要起切断和节流作用。蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板,在阀体内绕其自身的轴线旋转,从而达到启闭或调节的目的。
蝶板由阀杆带动,若转过90°,便能完成一次启闭。改变蝶板的偏转角度,即可控制介质的流量。
使用工况和介质:蝶阀适用于发生炉、煤气、天然气、液化石油气、城市煤气、冷热空气、化工冶炼和发电环保、建筑给排水等工程系统中输送各种腐蚀性、非腐蚀性流体介质的管道上,用于调节和截断介质的流动。
闸阀(gate valve)是一个启闭件闸板,闸板的运动方向与流体方向相垂直,闸阀只能作全开和全关,不适门参数而异 , 通常为 5°, 介质温度不高时为 2°52‘。改善其工艺性 , 弥补密封面角度在加工过程中产生的偏差 , 这种闸板叫做弹性闸板。
闸阀关闭时,密封面可以只依靠介质压力来密封,即只依靠介质压力将闸板的密封面压向另一侧的阀座来保证密封面的密封,这就是自密封。大部分闸阀是采用强制密封的,即阀门关闭时,要依靠外力强行将闸板压向阀座, 以保证密封面的密封性。
运动方式:闸阀的闸板随阀杆一起作直线运动的,亦叫明杆闸阀。通常在升降杆上 有梯形螺纹,通过阀门顶端的螺母以及阀体上的导槽,将旋转运动变为直线运动 , 也就是将操作转矩变为操作推力。开启阀门时,当闸板提升高度等于阀门通径的1:1倍时,流体的通道完全畅通,但在运行时,此位置是无法监视的。实际使用时,是以阀杆的顶点作为标志,即开不动的位置,作为它的全开位置。为考虑温度变化出现锁死现象 , 通常在开到顶点位置上 , 再倒回 1/2-1圈 , 作为全开阀门的位置。因此 , 阀门的全开位置,按闸板的位置(即行程〉来确定。有的闸阀阀杆螺母设在闸板上,手轮转动带动阀杆转动,而使闸板提升,这种阀门叫做旋转杆闸阀或叫暗杆闸阀。