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阀门的分类与选择

阀门是介质流通或压力系统中的一种设施,它用来调节介质的流量或压力。其功能包括切断或接通介质,控制流量,改变流量,改变介质流向,防止介质回流,控制压力或泄放压力。

4.1 依照阀门的用途和作用来分,可分为:切断阀类(其作用是接通和截断管路内的介质,如球阀、闸阀、截止阀、蝶阀和隔膜阀);调节阀类(其作用是用来调节介质的流量、压力的参数,如调节阀、节流阀和减压阀等);止回阀类(其作用是防止管路中介质倒流,如止回阀和底阀);分流阀类(其作用是用来分配、分离或混合管路中的介质,如分配阀、疏水阀等);安全阀类

依驱动形式来分,可分为:手动阀;动力驱动阀(如电动阀、气动阀);自动类(此类不手须外力驱动,而利用介质本身的能量来使阀门动作,如止回阀、安全阀、自力式减压阀和疏水阀等)

依公称压力分类可分为:真空阀门(工作压力低于标准大气压);低压阀门(公称压力小于或等于1.6Mp);中压阀门(公称压力为2.5MPA、4.0MPA、6.4MPA);高压阀门(公称压力10MPA—80MPA);超高压阀门(大于100MPA)

按温度等级分类可分为:超低温阀门(工作温度低于—80℃);低温阀门(工作温度介于—40℃~—80℃);常温阀门(工作温度高于—40℃,而低于或等于120℃);中温阀门(工作温度高于120℃,而低于450℃);高温阀门(工作温度高于450℃)

通常分类法是按照既考虑工作原理和作用,又考虑阀门结构,此为国内通常分类法,可分为:闸阀;蝶阀;截止阀;止回阀;旋塞阀;球阀;夹管阀;隔膜阀;柱塞阀等。

4.2下面介绍一下各种阀门的优缺点:

闸阀:闸阀是指关闭件(闸板)沿通道轴线的垂直方向移动的阀门,在管路上主要作为切断介质用,即全开或全关使用。一般,闸阀不可作为调节流量使用。它可以适用低温压也可以适用于高温高压,并可根据阀门的不同材质。但闸阀一般不用于输送泥浆等介质的管路中。

优点:①流体阻力小;②启、闭所需力矩较小;③可以使用在介质向两方向流动的环网管路上,也就是说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形体结构比较简单,制造工艺性较好;⑥结构长度比较短。

缺点:①外形尺寸和开启高度较大,所需安装的空间亦较大;②在启闭过程中,密封面人相对摩擦,摩损较大,甚至要在高温时容易引起擦伤现象;③一般闸阀都有两个密封面,给给加工、研磨和维修增加了一些困难;④启闭时间长。

蝶阀:蝶阀是用圆盘式启闭件往复回转90°左右来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。

优点:①结构简单,体积小,重量轻,耗材省,别用于大口径阀门中;②启闭迅速,流阻小;③可用于带悬浮固体颗粒的介质,依据密封面的强度也可用于粉状和颗粒状介质。可适用于通风除尘管路的双向启闭及调节,广泛用于冶金、轻工、电力、石油化工系统的煤气管道及水道等。

缺点:①流量调节范围不大,当开启达30%时,流量就将进95%以上。②由于蝶阀的结构和密封材料的限制,不宜用于高温、高压的管路系统中。一般工作温度在300℃以下,PN40以下。③密封性能相对于球阀、截止阀较差,故用于密封要求不是很高的地方。

球阀:是由旋塞阀演变而来,它的启闭件是一个球体,利用球体绕阀杆的轴线旋转90°实现开启和关闭的目的。球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向,设计成V形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。

优点:①具有最低的流阻(实际为0);②因在工作时不会卡住(在无润滑剂时),故能可靠地应用于腐蚀性介质和低沸点液体中;③在较大的压力和温度范围内,能实现完全密封;④可实现快速启闭,某些结构的启闭时间仅为0.05~0.1s,以保证能用于试验台的自动化系统中。快速启闭阀门时,操作无冲击。⑤球形关闭件能在边界位置上自动定位;⑥工作介质在双面上密封可靠;⑦在全开和全闭时,球体和阀座的密封面与介质隔离,因此高速通过阀门的介质不会引起密封面的侵蚀;⑧结构紧凑、重量轻,可以认为它是用于低温介质系统的最合理的阀门结构;⑨阀体对称,尤其是焊接阀体结构,能很好地承受来自管道的应力;⑩关闭件能承受关闭时的高压差。⑾全焊接阀体的球阀,可以直埋于地下,使阀门内件不受浸蚀,最高使用寿命可达30年,是石油、天然气管线最理想的阀门。

缺点:①因为球阀最主要的阀座密封圈材料是聚四氟乙烯,它对几乎所有的化学物质都有是惰性的,且具有摩擦系数小、性能稳定、不易老化、温度适用范围广和密封性能优良的综合性特点。但聚四氟乙烯的物理特性,包括较高的膨胀系数,对冷流的敏感性和不良的热传导性,要求阀座密封的设计必须围绕这些特性进行。所以,当密封材料变硬时,密封的可靠性就受到破坏。而且,聚四氟乙烯的耐温等级较低,只能在小于180℃情况下使用。超过此温度,密封材料就会老化。而考虑长期使用的情况下,一般只会在120℃不使用。②它的调节性能相对于截止阀要差一些,尤其是气动阀(或电动阀)。

截止阀:是指关闭件(阀瓣)沿阀座中心线移动的阀门。根据阀瓣的这种移动形式,阀座通口的变化是与阀瓣行程成正比例关系。由于该类阀门的阀杆开启或关闭行程相对较短,而且具有非常可靠的切断功能,又由于阀座通口的变化与阀瓣的行程成正比例关系,非常适合于对流量的调节。因此,这种类型的阀门非常迁合作为切断或调节以及节流用。

优点:①在开启和关闭过程中,由于阀瓣与阀体密封面间的磨擦力比闸阀小,因而耐磨。②开启高度一般仅为阀座通道的1/4,因此比闸阀小得多;③通常在阀体和阀瓣上只有一个密封面,因而制造工艺性比较好,便于维修。④由于其填料一般为石棉与石墨的混合物,故耐温等级较高。一般蒸汽阀门都用截止阀。

缺点:①由于介质通过阀门的流动方向发生了变化,因此截止阀的最小流阻也较高于大多数其他类型的阀门;②由于行程较长,开启速度较球阀慢。

旋塞阀:是指关闭件成柱塞形的旋转阀,通过90°的旋转使阀塞上的通道口与阀体上的通道口相通或分开,实现开启或关闭的一种阀门。阀塞的形状可成圆柱形或圆锥形。其原理与球阀基本相似,球阀是在旋塞阀的基础上发展起来的,其主要用于油田开采,同时也用于石油化工。

隔膜阀:是指在阀体和阀盖内装有一挠性膜或组合隔膜,其关闭件是与隔膜相连接的一种压缩装置。阀痤可以堰形,也可以是直通流道的管壁。

优点:①操纵机构与介质通路隔开,不但保证了工作介质的纯净,同时也防止管路中介质冲击操纵机构工作部件的可能性,阀杆处不需要采用任何形式的单独密封,除非在控制有害介质中作这安全设施使用;②由于工作介质接触的仅仅是隔膜和阀体,二者均可以采用多种不同的材料,因此该阀能理想控制多种工作介质,尤其适合带有化学腐蚀或悬浮颗粒的介质。③结构简单,只由阀体、隔膜和阀盖组合件三个部件构成。该阀易于快速拆卸和维修,更换隔膜可以在现场及短时间内完成。

缺点:①由于受阀体衬里工艺和隔膜制造工艺和限制,较大的阀体衬里和较大的隔膜制造工艺都很难,故隔膜不宜用于较大的管径,一般应用在DN≤200mm以下的管路上。②由于受隔膜材料的限制,隔膜阀适用于低压及温度不高的场合。一般不超过180℃;③调节性能相对较差,只在小范围内调节(一般在关闭至2/3开度时,可用于流量调节)。

安全阀:是指在受压容器、设备或管路上,作为超压保护装置。当设备、容器或管路内的压力升高超过允许值时,阀门自动开启,继而全量排放,以防止设备、容器或管路和压力继续升高;当压力降低到规定值时,阀门应自动及时关闭,从而保护设备、容器或管路的安全运行。

蒸汽疏水阀:在输送蒸汽、压缩空气等介质中,会有一些冷凝水形成,为了保证装置的工作效率和安全运转,就应及时排放这些无用且有害的介质,以保证装置的消耗和使用。它有以下作用:①能迅速排除产生的凝结水;②防止蒸汽泄露;③排除空气及其他不凝性气体。

减压阀:是通过调节,将进口压力减至某一需要的出口压力,并依靠介质本身的能量,使出口压力自动保持稳定的阀门。

止回阀:又称逆流阀、逆止阀、背压阀和单向阀。这些阀门是靠管路中介质本身的流动产生的力自动开启和关闭的,属于一种自动阀门。止回阀用于管路系统,其主要作用是防止介质倒流、防止泵及驱动电动机反转,以及容器介质的泄放。止回阀还可用于给其中的压力可能升至超过系统压的辅助系统提供补给的管路上。主要可分为旋启式(依重心旋转)与升降式(沿轴线移动)。

流量系数的定义:

1、 C:在阀门全开情况下,温度为5~40℃的水,阀两端压差为1kgf/cm2 时,每小时流经阀的体积(以m3表示)。C是流量系数的通用符号,我国过去长期使用。

2、 Kv:在阀门全开情况下,温度为5~40℃的水,阀两端压差为100KPA时,每小时流经阀的体积(以m3表示)。Kv=1.01C,目前我国推荐使用。

3、 Cv:在阀门全开情况下,温度为15℃(华氏60度)的水,阀两端压差为1lb/in2 时每小时流经阀的体积(以m3表示)。Cv=1.167C

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