2阀门结构和工作原理(上)

第二章阀门结构和工作原理（上）tiemuyu666主要内容:常见阀门结构及应用阀门的选用球阀旋塞阀截止阀闸阀蝶阀闸阀（一）闸阀闸阀是指启闭体(阀板)由阀杆带动阀座密封面作升降运动的阀门，可接通或截断流体的通道。当阀门部分开启时，在闸板背面产生涡流，易引起闸板的侵蚀和震动，也易损坏阀座密封面，修理困难。闸阀通常适用于不需要经常启闭，而且保持闸板全开或全闭的工况。不适用于作为调节或节流使用。撑开式闸阀的分类闸阀楔式平行式单闸板双闸板旋转式(暗杆)升降式(明杆)直齿圆柱齿轮法兰连接焊接连接螺纹连接锥齿轮气动自动密封式单闸板双闸板液动电动手动闸阀的结构1.手轮2.阀杆螺母3.填料压盖4.填料5.阀盖6.双头螺栓7.螺母8.垫片9.阀杆10.闸板11.阀体闸阀的结构（1）阀体与阀盖阀体与阀盖多采用法兰连接。阀体截面形状主要取决于公称压力。低压阀：扁平状；高中压阀：椭圆形或圆形。闸阀的结构（2）闸板与阀座密封圈1楔式闸板闸板密封面与闸板垂直中心线有一定倾角，称为楔半角。防止温度变化时闸板卡死，一般角度为2°52〞、5°介质温度越高，通径越大，楔半角就越大。闸阀的结构(a)楔式刚性单闸板应用：常温、中温、各种压力闸阀的结构(b)楔式弹性单闸板特点：结构简单，密封面可靠，能自行补偿由于异常负荷引起的阀体变形，防止闸板卡住。应用：各种压力、温度的中、小口径及启闭频繁场所。闸阀的结构(c)楔式弹性双闸板特点：温度变化时不易卡住，也不易产生擦伤现象。闸阀的结构2平行式闸板闸板的两个密封面平行，阀座密封面垂直于管道中心线。(a)平行式单闸板不能依靠其身达到强制密封，必须采用固定或浮动的软质阀座。适用于中低压大中口径，介质为油类、天然气。(b)平行式双闸板自动密封式：依靠介质的压力把闸板推向出口侧阀座密封面，达到单面密封的目的。闸板间加弹簧实现在关闭时的密封。密封面易被擦伤和磨损。较少采用。撑开式：用顶楔把两块闸板撑开，压紧在阀座密封面上而达到强制密封。普通型闸板调节型闸板带导流孔型闸板闸阀的特点闸阀在管路中主要作切断用，一般口径DN≥50mm的切断装置多选用它，有时口径很小的切断装置也选用闸阀。闸阀有以下优点：①流体阻力小。②开闭所需外力较小。③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体形比较简单，铸造工艺性较好。闸阀也有不足之处：①外形尺寸和开启高度都较大。安装所需空间较大。②开闭过程中，密封面间有相对摩擦，容易引起擦伤现象。③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。（二）截止阀、节流阀截止阀和节流阀都是向下闭合式阀门，启闭件（阀瓣）由阀杆带动，沿阀座轴线作升降运动来启闭阀门。截止阀与节流阀的结构基本相同，只是阀瓣的形状不同：截止阀的阀瓣为盘形，节流阀的阀瓣多为圆锥流线型，特别适用于节流，可以改变通道的截面积，用以调节介质的流量与压力。截止阀和节流阀截止阀的种类截止阀直杆式斜杆式直通式角式上螺纹阀杆下螺纹阀杆螺纹连接法兰连接焊接连接螺纹连接法兰连接法兰连接下螺纹阀杆上螺纹阀杆直通式节流阀的种类节流阀截止型旋塞型蝶型直通式角式直通式直通式螺纹连接法兰连接卡套连接螺纹连接法兰连接法兰连接1、手轮2、阀杆螺母3、阀杆4、填料压盖5、T形螺栓6、填料7、阀盖8、垫片9、阀瓣10、阀体截止阀和节流阀的结构（１）直通形阀：流动阻力大，压力降大；（２）角形阀：弯头处，流动阻力小。截止阀和节流阀阀体（３）直流阀：阀体与阀杆成45°,流动阻力小，压降也小，便于检修和更换。（４）针形阀：阀瓣为锥形针形，阀杆通常用细螺纹以取得微量调节。截止阀和节流阀阀体（１）截止阀阀瓣（平面阀瓣）为截止阀主要形式的启闭件，接触面密合，没有摩擦，密封性能好，便于维修，不适合用于含有固体颗粒的介质。截止阀和节流阀阀瓣（２）节流阀阀瓣有针形、沟形和窗形三种形式。当阀瓣在不同高度时，阀瓣与阀座的环形道路面积相应变化，从而得到确定数值的压力或流量。截止阀和节流阀阀瓣截止阀在管路中主要作切断用。节流阀在管路中主要作节流使用。截止阀有以下优点：1．在开闭过程中密封面的摩擦力比闸阀小，耐磨。2．开启高度小。3．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DN≤200mm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。截止阀节流阀的特点球阀球阀是由旋塞阀演变而来。它具有相同的启闭动作，不同的是阀芯旋转体不是塞子而是球体。当球旋转90度时，在进、出口处应全部呈现球面，从而截断流动。球阀的种类球阀手动气动电动电动气动电-液动气-液动蜗轮传动浮动球固定球直通式三通式Ｌ型三通式Ｔ型三通式直通式螺纹连接法兰连接法兰连接焊接连接（一）通用球阀的结构对开式固定球阀（大口径）1.阀杆2.上轴承3.球体4.下轴承浮动式球阀（三）长输管线球阀的分类：按结构不同可分为以下三类侧装式典型特征：（1）简单的轴向对称设计（2）双流向（3）DBB功能（4）便于拆卸维修（5）设计灵活（6）可选材料广（7）制造周期短（8）不能在线维修（9）某些情况下受温度限制（10）不便埋地安装顶装式典型特征：（1）双流向（2）DBB功能（3）可在线维修（4）设计复杂（5）制造周期长（6）Class150&300Lb面间距不符合API6D（7）某些情况下受温度限制（8）不便埋地安装全焊接典型特征：（1）双流向（2）DBB功能（3）无外漏点（4）重量轻（5）设计灵活性差（6）不能现场维修（7）某些情况受温度限制（8）适于埋地安装（四）结构筒体型和球型阀体的比较①从设计计算和承受同等压力的角度来看，球形阀体的设计厚度小于圆柱形阀体的厚度。因此，球形阀体的重量小于圆柱形阀体的重量。但是，在阀门安装在管线上以后，阀体承受极大的管道应力和管线载荷，同时，由于安装误差、地层运动和热变应力等因素的影响，产生的外力和扭矩是相当大的，厚度较大的圆柱形阀体能够更可靠的承受管线应力，不易产生变形而引发泄漏。②圆柱形锻造阀体以锻造成形方法获得，金属经过锻造加工后大大改善其组织结构和力学性能。锻件晶粒较细且均匀，机械性能明显优于同样材料的板材，且可靠性高，不易存在内部缺陷。圆柱形锻造阀体为全机加工面，因此精度好，比不能加工内腔外壳的球形阀体能更好的转移、承受来自管线的外力和扭矩。1.阀体全焊式：可分为筒体型和球型结构。筒体型球型2阀座及密封阀座是阀门设计最重要的环节，对于阀门的密封可靠性，长久的使用寿命及操作的灵活性起着十分重要的作用。1.阀座的材料为使阀门更有效地密封，阀座采用金属+VITONAED（抗爆氟橡胶）双重密封混合设计。金属阀座采用不低于阀门球体的材质，但应考虑其与球体密封面间的硬度差。软阀座采用VITONAED抗爆氟橡胶，硬度95~98ShoreA。2.阀座结构及DIB-1、DIB-2管线球阀典型阀座结构(1).对于阀座采用多重复合密封阀座结构设计，阀座初级密封由金属－金属密封提供，金属密封由球体和阀座的高精度加工及表面处理保证；第二级密封由嵌入阀座的软密封环提供;高压力情况下可增加阀座保护环的设计,即增加了一道密封提高了密封可靠性,同时保护了后级密封延长了阀门的使用寿命，这也是管线球阀阀座结构设计的发展趋势。(2).阀座与球体之间由弹簧和介质压力保证始终压紧。(3).带有密封脂注入装置，可以在需要的情况下向阀座与球体之间注入密封脂。(4).根据阀门工作介质和实际工作情况，可合理选择阀座的双活塞效应（DPE），实现DIB-1或DIB-2的功能。DIB-1双阀座双向DIB-2单座单向和单座双向3.球阀DB&B功能关于DB&B阀门，API6D的定义是：“带有两个座合表面（即两个密封副）的阀门，在其关闭位置可通过在两个座合表面之间的阀体腔的排放/排气方法，提供其阀门两端的压力（承压）密封”。意即阀门处于关闭位置时可对阀中腔进行排放/排气的操作，但对于长输管线阀门，阀门通常是长期处于全开启的状态，因此要求阀门在全关和全开位置均能够实现DB&B功能。4、球体与轴承关键要素（1）球体的关断尺寸，密封带宽度；（2）球体的刚性，是影响阀门在高压条件下密封性能的重要因素；（3）轴承的比压和防咬死。所有的球体、阀座支承、阀杆等有转动的内件表面采用表面处理，通常要求进行化学镀镍处理，使转动部位表面具有足够的镀层厚度和硬度。旋转接触面均采用PTFE（聚四氟乙烯）复合轴承，操作扭矩小，使用寿命长，操作轻便可靠。球体强度分析球体与轴承座的正向接触应力分析5、阀杆与填料1.结构特征:(1).阀杆纯扭剪结构设计,阀杆只承受纯扭剪作用，这样可以使得阀杆密封不会因偏心而产生集中区域的过度磨损,提高阀门使用寿命.(2).多重密封,具备防火、防静电、防阀杆喷出结构设计。第一重密封为“O”型密封圈组合密封（VITONAED），第二重密封为防火密封环（膨胀石墨），第三重密封为“O”型密封圈密封，阀门为防阀杆喷出结构设计，可以在带压情况下更换阀杆第三重密封。全焊球阀的阀杆多重密封结构6、紧急密封——注脂系统（1）该系统由注脂阀和止回阀组成，分别安装于阀体外侧之阀座部位和阀杆填料函外径上。（2）该系统可以用来阻止或减少管线阀门密封座的泄漏。（3）该系统是一种补救措施，可以将阀门的彻底维护延迟到下一个预定的管线关闭期。（4）注脂之前，需要对阀座密封部位进行冲洗，且在此过程中阀门须开关15度左右三至四次，以此彻底清洁球体与阀座的接触面。（5）注脂后，要测试密封效果。（6）注脂的条件：当阀座与球体的接触表面由于磨损，老化和异物损害时，注入合适的密封脂可以暂时阻止或极大的减少泄露。阀座部位注脂结构阀杆部位注脂结构7、火灾安全与防静电球阀要具火灾安全功能，则其结构必须为防火型，而其防火结构的设计应主要考虑：阀座的防火结构设计，阀杆防火结构，阀体与左右体结合面的防火结构设计。其中，阀座防火结构的设计是关键，阀座的防火性能良好，在火灾事故状态下，可减轻阀杆防火结构，阀体与左右体之间防火结构设计的难度。（1）阀门的防火结构设计对于球阀，阀门的防火结构设计包含三个方面：即阀座防火结构设计、阀杆防火结构设计和阀体防火结构设计。不具有防火结构设计的阀座，在火灾情况下，有三条泄漏途径。无防火结构设计阀座的三条泄漏途径针对不同结构的球阀，其防火结构设计略有不同：(a).分体式球阀(b)全焊式球阀（2）防静电设计由于球体及阀杆与非金属材料接触和摩擦，产生静电。因此，在阀杆上/下位置设置导静电弹簧，将静电导通至阀体。并通过标准的检测，标准规定球体与阀体及阀杆与阀体之间在12VDC下，电阻值≤10欧姆。8、自动腔压泄放（1）具自泄式阀座结构的阀门，阀腔无介质截留；（2）具DIB-1双隔离和排放功能的阀门，由于阀腔截留介质，当用于液体或冷凝工况时，阀门应另加装泄压阀；9、放空和排污用于排除阀腔内的污物以及对阀门进行在线密封检测；通过放空装置可向阀腔注入清洗剂，软化阀腔结垢，并排出腔外。10、驱动链对于驱动链的各部件，其设计承载扭矩至少应为阀门开启扭矩的二倍，通常取三至五倍；驱动链应设计过力矩保护，且驱动链的最薄弱处应为阀门与驱动装置的连接处。11、阀杆的防喷设计阀门必须为防阀杆喷出结构设计，阀门在带压情况下可以更换最上部密封。栓接阀颈焊接阀颈12、埋地设计直埋式阀门应为全焊接管线球阀，盖帽栓接分体式球阀由于安全，可靠性差应不予接受。阀门阀杆按用户要求加长引至地面，阀杆外保护罩的强度和刚性除满足驱动链的设计要求外，还应考虑地面承载因素。阀体上所有的排污/放空，注脂，引压，取气管均应引至地面，与阀体连接根部为焊接，且应加装根部阀以备急需；加长驱动链接的传动偏差不应影响阀门的全开，全关位置。表面的防护应与管道一致。带加长阀杆的全焊球阀（五）球阀的密封原理渗漏的因素（1）密封副间存在着间隙；（2）密封副两侧存在着压力差（或浓度差），前者是影响密封性能的最主要因素。密封的基本原理是通过不同途径阻止物质渗漏。渗漏量密封副周边单位长度上