流体工程中阀门的选用

流体工程中阀门的选用胡志强1王渭21.《通用机械》杂志编辑部(北京100037)2.合肥通用机械研究所(安徽230031)【摘要】介绍厂流体工程中阀门失效的原因，阀门的类型和供求双方在选择各类型阀门的过程中要考虑和注意的问题。关键词：流体阀门失效腐蚀选择材料一、概述根据阀门的用途可将阀门分为—大类：起隔断作用的阀门，起控制作用的阀门和起安全什作用的阀门。安全是流体工程中极其重要的一环，在系统设计和实际应用中都应该考虑这一因素，实际上，很多规程也涉及到厂这一点，所以起安全作用的阀门不应该再赋予其他的功能。另外，根据阀门的启闭方式可将阀门分为自线动作的阀门，旋转动作的阀门和变形动作的阀门。像其他流体控制没备一样，阀门的成功使用取决于用户或购买方所提供的详实的现场使用条件。没有一个阀门供货商敢这样说：“这种阀门是万能的。”因为阀门从结构到材料千差万别，搞清楚现场的使用情况才能选择好阀门的类型，一般情况下，引起阀门过早失效的原因有三种：腐蚀、磨损和热疲劳。二、引起阀门失效的原因介质对阀门的选材具有决定性的影响。流体中有些微量元素具有极强的腐蚀性，有的相当危险，如果忽视其中的微量元素，比如硫化氢之类的化合物，而选择不合适的金属材料，必将缩短阀门的寿命；同时如果选用了不合适的密封机理，也很可能造成有毒物质泄漏。另外，如果忽视流体中的微小凝结固体，阀门的磨损就会加剧。对循环泵出㈠止回阀的实验室测试表明：清水中加入0．25%的砂砾，阀门的磨损率就会增加一倍。所以为了阀门的安全使川。流体中的固体是一个不可忽视的因素。阀门也经常因为热冲击而尖效．阀门介质温度骤升骤降，冷热不均．会使阀门的部件产生很高的应力，重复的热冲击导致阀门构料很快疲劳，部件失效，阀体开裂—阀门的热疲劳问题随压力增加越来越严重，相应的阀休的壁厚也要增加，闲此，当阀门介质温度变化激烈时，购买方必须向供货方讲清楚，否则，可能会造成阀门安全隐患。正确的操作对阀门的寿命也有很大的影响，有调查显示，50％的阀门损坏是由用户的操作不当造成的。前车之鉴，后世之师，且小说阀门损坏带来的生产上的巨大损失，光阀门的维修费用就令人十分心痛。平门的按章操作将省去很多的麻烦。三、阀门类型流体工程中的设备，如储罐、过滤池、压缩机、泵厂都要安装各种各样的阀门，以便系统的正常使用和这些设缶的维修、更换，典型的流体工程中，设缶安装如图1所示，整套系统中的设备上安装有各种阀门，它们起到了各自不同的作用。四、起隔断作用的阀门流起隔断作用的阀门类型有八种：闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、旋塞阀、偏心阀、隔膜阀和管夹阀，如图2所示．这八种阀门的结构形式和阀门的压力损失有很大的区别，甚至两家厂商生产的同一种阀门在设计上都有显著的差异。选择截止阀时，购买方应该考虑阀门的压力一温度等级、阀门材料、压力损失、阀门密封性等几个因素。除此之外，流体颗粒的尺寸、形态和易泄漏也是必须考虑的因素。总之，选择的阀门必须适应流体的压力、温度、阀门的材料对腐蚀性流体具有的抵抗力，阀体可以做得厚一些，但内部元件无法做得很厚，所以内部元件应比阀体更耐腐蚀。阀门的压力损失对整个系统将造成巨大的影响。泵需要足够的压力把流体输送到管道中，如果阀门压力损失过大，压缩机必须超负荷工作，系统的寿命将大大缩短。阀门的流通能力可通过流量系数CV表达，此系数应由阀门厂商提供。CV是美国表达方式，其阀门计算公式如下：CV=Q(Sg／△P)1/2式中Q——流体流量，单位为USgal①/minSg——水的相对密度Sg=1；△P——阀门前后压差，单位为lbf／in2②。①USgal为美加仑，为非汝定计量单位，1USgal；378541L。——编译者注。②lbf／in为非法定汁露恤位，lbf／in2=689476Pa。——编译者注。阀门的密封性能对于可燃、有毒、危险的流体极其重要。在维修管道时，水的泄漏只是小问题，可是如果泄漏的是硫化氢或丙烷这样的危险介质，将会造成巨大的危害，这时需要安装带引漏装置的双密封阀组，如图3所示。大部分阀门与被连接管道有相似的直线圆孔，但也有一些阀门的通道不是圆形的，有的阀门还是缩径的。阀门流道的形状和尺寸对阀门的压力损失和管路系统的维护(比如管道清洁)都有影响，在做系统设计时和制造定管路系统维护计划时，必须以阀门的实际尺寸为基础，手册上的信息过于粗略，不能过分依赖。很多阀门使用填料密封做旋转运动的阀杆和做直线运动的阀杆，填料密封形式取决于流体的性质，有时需要加水封装置、气封装置或加中间引漏孔。刘于具有危险性的流体，有时使用隔膜阀或管夹阀替代有填料函的阀门效果更好。图1中有些阀门起着特殊的作用，比如排气阀和疏水阀。排气阀用以排出系统内的空气而留出空间给要加工的流体。疏水阀用以系统维修前净系统内的流体。排气阀和疏水阀应以系统内流体的容积确定尺寸。在选择疏水阀时排应考虑液体的粘性，粘性大的液体流速缓慢。隔断阀一般使用手轮或扳把操作。大型阀门或高压阀门需要动力设备。有些阀门使用减速箱以减慢启闭速度，但这同时也增加了阀门的启闭时间。现在，气动和电动阀门越来越流行，在某些特殊的工况，用户也使用液压驱动的阀门。五、旁路阀和溢流阀每一个泄放系统都应安装旁路阀、泄压阀或流量控制阀。阀门安装在泄放系统的分支管道巾，把液体转送到系统吸入口。某些情况下，当泄放究中的流体压力达到最大值时，泵的驱动电动不能够提供足够的转矩克服液体的压力，在大电动机驱动泵时也经常出现这种问题。在这种情况下，安装的旁路阀减小丁泄放系统内流体的压力，有助于泵的起动运行。当旁路阀完全打开时，流体从安装在泵出口与止回阀之间的旁路阀流回到泵的吸入口，由于止叫阀的仟用，流体不能回流，此时泵出门处流体的压力只有最大值的10％，泵可以起动。旁路阀尺寸和管路的选择要考虑泵的起动转矩。泵起动后，旁路阀关闭，止回阀开启。值得注意的是，旁路阀门不要关闭得太快，因为这将引起水锤问题。当然，缓闭可能会增加流体对阀门的磨损。在低压工况中，可以使用动力驱动阀。溢流阀可以调节泵的流量(0～100％)；溢流阀在各个方面与旁路阀都很相似，但其使用比较普遍。图4显示为3通气动平衡溢流阀。此阀门更像多路阀而不是压力回流阀。流体从阀门背面的中间孔流人，左侧孔与系统吸人口相联，起泄压作用；右侧孔与处理系统相联。图4显示的为阀门处于泄压状态。此阀门为气动，同时阀门设有自动防故障系统，如果气动装置出现故障，弹簧的作用也可使阀门起到卸荷作用，使泵平稳运行。图5为先导式溢流阀。此阀门带有一个完整的止回阀，用于高压水压。此阀门也是多路阀的一种，先导阀循环系统可以起到过滤作用，从而降低了堵塞、磨损和损坏问题的发生。现在液压系统多使用净水，加入高浓度杀虫剂和润滑剂，既降低了成本，也有利于环保。六、调节阀流量控制阀被认为是旁路阀加溢流阀的组合，且能以节流的方式从O~100％调省泵的流量。调节阀能自动响应系统控制信号，靠外力动作-调节阀门一般为气动，电动控制现在越来越普遍。系统里设置流量控制阀是为了系统能够持续的节流。选择流量控制阀时要考虑流体的压力和流体的特性。为了阀门长久使用，阀芯材料多使用硬质合金，比如钨铬钻合金或碳化钨材料。在高压节流阀门中，阀门设置多孔串联或并联的节流阀芯，以减少汽蚀现象或噪声问题。有些调节阀为自力式，即以管道介质的能量驱动阀门。自力式阀门并不能代替所行的阀门，但在难以配置动力源，并且经济允许的条件厂，建议使用调节阀。温度凋节阀是凋节阀中比较特别的一类。阀门的动作由上升或下降的温度没置点控制。阀门的动力由密闭的感应构料的膨胀和收缩实现。温度调节阀广泛用于民用和工业小的加热系统，热加工处理系统和制冷系统中。七、安全阀容积泵可以使系统广；生非常高的压力。系统必须安装保护装置以防止泵和管道的压力高于系统的设计压力。如图1所示，系统中安装了弹簧式安全阀或弹簧式释放阀。安全阀属于单动作阀门，当实际压力超过没计压力时，阀门完全打开，当压力达到平衡时，阀门完全关闭。释放阀属于可调节的多点动作阀门—实际压力超出时，释放阀开启，排放多余流体，使系统压力得以控制。由于释放阀町以避免水锤问题的发生，所以得到用户的偏爱。弹簧式阀门的结构如图6所示，这种阀门的失效形式为弹簧疲劳失效或断裂，此时安全阀始终处f外启状态，泵由于得不到足够的压力而不能打开止回阀。当系统压力在设定点的附近时，由于阀门的开启力几乎等于阀门弹簧的关闭力，此时阀门的密封能力等于“零”；因此弹簧式释放阀／安全阀变得很不稳定。为了使系统正常工作而不发生泄漏，一般把使阀门的起跳压力值比设计压力值提高10％。当然，系统中如果有压缩机或泵等设备，就要考虑他们的驱动电动机能在系统超压10％的情况下工作。巾附加压力引起的动力补偿问题迫使人们考虑其他的解决办法。先导式释放阀／安全阀可以使压力设置值减低到设计压力的102％。气功或液压控制的隔膜阀和管夹阀也可以起到背压调节器或释放阀的作用。爆破膜也可起到过压保护作用，凰有防泄漏功能，但修理此类阀门时必须切断管路系统。过压保护装置在开启时对系统有很大反作用力，选用此类阀门应特别小心。泵的出口需要一个止回阀以防止流体逆流。止回阀也町防止泵串载时流体从旁路溢出。旋启式止回阀的使用相当普遍，如图7所示。当阀瓣有侧与左侧的压力差大于弹簧力和阀瓣的重力时，阀瓣打开。止回阀的开启量由弹簧力的大小和阀瓣的重量决定，此时止回阀相当于调节阀。同样，选用止回阀也要考虑水锤问题。八、阀门材料可以制造阀门的材料十分广泛，铸钢和铸铁是最普遍使用的阀体材料。在具有腐蚀性的工况下，多使用双相不锈钢和超级双相不锈钢，钛合金材料也在得到广泛的应用。很多类型的阀门结构可以由锻造加工获得，这种方法解决丁铸造加工中的许多问题，使阀门得到了很好的整体性，提高了承压能力。制造阀门内部元件的材料也各不相同。铸钢和铜材比较耐磨；高硬度不锈钢既耐磨又耐腐蚀。元件表面可以涂覆钨铬钻合金、科尔莫伊合金、碳化钨和陶瓷材料，这些材料质地咐十分坚硬，防腐蚀、耐磨性能很好。可焊接材料便于阀门维修，值得考虑。另外，低压阀门可以使用塑料和玻璃钢。选择阀门不仅要号虑阀门结构、材料和承压能力，同时也要考虑阀门的联接力式。在危险性的流体管路中螺纹联接的阀门下能使用，如果阀门和管道材料都是町焊接的(有的材料在焊接的需要预热)，那么焊接连接可以使系统获得较高的承压能力。承插焊接的连接方式对于具有腐蚀性和危险性的流体也不适合。沾兰联接是一种普遍的方式，根据法兰的尺寸，法兰卡套(见图8)和压装方式(见图9)都是很好的选择、总之，在签订购货合同时，双方一定要把联接方式的可行性考虑清楚。九、总结本文只是刈流体处理[程中心用的阀门做了简单的介绍，阀门的选择是一个相当复杂的过程，即使正确地选用了阀门，阀门最终的使用结果和寿命依然取决于安装环境。川于室内的阀门在露火安装，雾水和光照的影响将使阀门很快锈蚀。阀门应定期维护，常开或常闭的阀门也要定时动作，以保证阀门可以正常的工作。像众多的流体机械设备一样，阀门外表看似简单，但其实际应用却是相当复杂的。怎样辨别阀门的识别涂漆1、阀门产品按阀体材料进行识别涂漆，其颜色按下表阀体材料灰铸铁、可锻铸铁球墨铸铁碳素钢耐酸钢、不锈钢合金钢识别涂漆颜色黑色银色中灰色蓝色中蓝色注：（1）耐酸钢、不锈钢允许不涂漆（2）铜合金不涂漆2、为了表示阀门产品密封面的材料，应在传动的手轮、手柄、板手上进行识别涂漆、其颜色按下表的规定。密封面材料铜合金巴氏合金耐酸钢不锈钢渗氮钢渗硼硬质合金蒙耐尔合金塑料橡胶铸铁识别涂漆颜色大红色淡黄色天蓝色天蓝色天蓝色深黄色紫红色中绿色黑色注：（1）阀座和启闭件密封面材料不同时，按低硬度材料涂色。（2）止回阀、涂在阀盖顶部：安全阀、减压阀、疏水阀涂在阀罩或阀帽上。3、传动机构的涂漆颜色，按下列规定：（1）电动装置：普通型涂中灰色，三合一（户外、防爆、防腐）型涂末蓝色。（2）气动、液动、齿轮传动等其它传动机构，同产品涂色。阀门毛坯的选择原则机械加工常用的毛坯有铸件、锻件、型材及焊接件。不同的毛坯种类及毛坯的精度、粗糙度和硬度等对机械加工工艺过程有着直接的影响。选择阀门毛坯时应考虑如下