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简析各种阀门种类和工作原理

[ 2013-05-31 ]

阀门概述及分类

阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截断、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。

阀门的种类很多，且有多种分类方法：

一、按用途和作用分类

1、截断阀类：主要用于截断或接通介质流。包括闸阀、截止阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀等。

2、调节阀类：主要用于调节介质的流量、压力等。包括调节阀、节流阀、减压阀等。

3、止回阀类：用于阻止介质倒流。包括各种结构的止回阀。

4、分流阀类：用于分配、分离或混合介质。包括各种结构的分配阀和疏水阀等。

5、安全阀类：用于超压安全保护。包括各种类型的安全阀。

二、按主要参数分类

1、按压力分类

(1) 真空阀工作压力低于标准大气压的阀门。

(2) 低压阀公称压力PN<1.6MPa的阀门。

(3) 中压阀公称压力PN<2.5~6.4Mpa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≥100Mpa的阀门。

2、按介质工作温度分类

(1) 高温阀 t>450℃的阀门。

(2) 中温阀 120℃≤t<450℃的阀门。

(3) 常温阀 -40℃≤t<120℃的阀门。

(4) 低温阀 -100℃≤t<-40℃的阀门。

(5) 超低温阀 t<-100℃的阀门。

3、按阀体材料分类

(1) 非金属材料阀门如陶瓷阀门、玻璃钢阀门、塑料阀门。

(2) 金属材料阀门如铜合金阀门、铝合金阀门、铅合金阀门、钛合金阀门铁阀门、碳钢阀门、低合金钢阀门、高合金钢阀门。

(3) 金属阀体衬里阀门如衬铅阀门、衬塑料阀门、衬搪瓷阀门。

三、通用分类法

这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，是目前国内、国际最常用的分类方法。一般分为：闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、止回阀、节流阀、安全阀、减压阀、疏水阀、调节阀。

2 典型阀门

2.1 闸阀

闸阀是作为截止介质使用，在全开时整个流通直通，此时介质运行的压力损失最小。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。对于高速流动的介质，闸板在局部开启状况下可以引起闸门的振动，而振动又可能损伤闸板和阀座的密封面，而节流会使闸板遭受介质的冲蚀。

从结构形式上，主要的区别是所采用的密封元件的形式。根据密封元件的形式，常常把闸阀分成几种不同的类型，如：楔式闸阀、平行式闸阀、平行双闸板闸阀、楔式双闸板闸等。最常用的形式是楔式闸阀和平行式闸阀。

2.2 截止阀

截止阀是用于截断介质流动的，截止阀的阀杆轴线与阀座密封面垂直，通过带动阀芯的上下升降进行开断。截止阀一旦处于开启状态，它的阀座和阀瓣密封面之间就不再有接触，并具有非常可靠的切断动作，因而它的密封面机械磨损较小，由于大部分截止阀的阀座和阀瓣比较容易修理或更换密封元件时无需把整个阀门从管线上拆下来，这对于阀门和管线焊接成一体的场合是很适用的。

介质通过此类阀门时的流动方向发生了变化，因此截止阀的流动阻力较高。引入截止阀的流体从阀芯下部引入称为正装，从阀芯上部引入称为反装，正装时阀门开启省力，关闭费力，反装时，阀门关闭严密，开启费力，截止阀一般正装。

2.3 止回阀

止回阀的作用是只允许介质向一个方向流动，而且阻止方向流动。通常这种阀门是自动工作的，在一个方向流动的流体压力作用下，阀瓣打开；流体反方向流动时，由流体压力和阀瓣的自重合阀瓣作用于阀座，从而切断流动。包括旋启式止回阀和升降式止回阀。

2.4 蝶阀

蝶阀的蝶板安装于管道的直径方向。在蝶阀阀体圆柱形通道内，圆盘形蝶板绕着轴线旋转，旋转角度为0°~90°之间，旋转到90°时，阀门则是全开状态。蝶阀结构简单、体积小、重量轻，只由少数几个零件组成。而且只需旋转90°即可快速启闭，操作简单。蝶阀处于完全开启位置时，蝶板厚度是介质流经阀体时唯一的阻力，因此通过该阀门所产生的阻力很小，故具有较好的流量控制特性，可以作调节用。

n蝶阀有弹性密封和金属的密封两种密封型式。弹性密封阀门，密封圈可以镶嵌在阀体上或附在蝶板周边。采用金属密封的阀门一般比弹性密封的阀门寿命长，但很难做到完全密封，金属密封能适应较高的工作温度，弹性密封则具有受温度限制的缺点。

2.5 球阀

n球阀是由旋塞阀演变而来。它具有相同的旋转90度的动作，不同的是旋塞体是球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。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。

n球阀只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。完全平等的阀体内腔为介质提供了阻力很小、直通的流道。球阀最适宜直接做开闭使用，但也能作节流和控制流量之用。球阀的主要特点是本身结构紧凑，易于操作和维修，适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧化氢、甲烷、乙烯、树脂等。球阀阀体可以是整体的，也可以是组合式的。

2.6 隔膜阀

n隔膜阀是用一个弹性的膜片连接在压缩件上，压缩件由阀杆操作上下移动，当压缩件上升，膜片就高举，形成通路，当压缩件下降，膜片就压在阀体上，阀门关闭。此阀适用于开断、节流。隔膜阀特别适用于运送有腐蚀性、有粘性的流体，而且此阀的操作机构不暴露在运送流体中，故不会被污染，也不需要填料，阀杆填料部分也不会泄漏。

2.7 安全阀

n安全阀的作用原理是基于力平衡，一旦阀瓣所受压力大于弹簧设定压力时，阀瓣就会被此压力推开，其压力容器内的气（液）体会被排出，以降低该压力容器内的压力。

2.8 调节阀

n调节阀主要工作原理，是靠改变阀门阀瓣与阀座间的流通面积，达到调节压力、流量等参数的目的。

n本节主要介绍调节阀的阀体和阀芯的主要结构，调节阀的流量特性以及有关阀芯气蚀噪音问题的解决方法。

2.8.1 阀体结构

直通单座阀(GLOBE)

n阀体内只有一个阀座和密封面，结构简单,密封效果好,是使用较多的一种阀体类型。

直通双座阀(GLOBE)

n阀体内有两个阀座和密封面，流通能力大,不平衡力小,但泄漏量大,切断效果差,是使用较多的一种阀体类型

套筒阀(CAGE)

n阀体内部阀芯由套筒导向

n套筒上开有窗口用于决定流量与流量特性

n阀芯上可开有平衡孔,减小不平衡力

n套筒阀可调比大,振动小,不平衡力小,互换性好,

n可适用于大部分单双座阀的应用场合

n不适用于有颗粒及较脏污介质

n是使用最为广泛的一种阀体类型

球阀、蝶阀、隔膜阀等都可以作为调节阀

3 执行器

3.1 电动和气动执行机构简介

3.1.1 气动执行机构

n阀门气动驱动装置安全、可靠、成本低，使用维修方便，是阀门驱动机构中的一大分支。气动装置在具有防爆要求的场合应用较多。阀门气动驱动装置采用气源的工作压较低，结构尺寸不大，阀门气动驱动装置的总推力也不很大。

3.1.2 电动执行器

n电动执行机构一般由电机、减速箱、手操机构、机械位置指示机构等一些部件组成。与其他阀门驱动装置相比，电动驱动装置具有动力源广泛，操作迅速、方便等特点，并且容易满足各种控制要求。所以，在阀门驱动装置中，电动装置占主导地位。

3.2.2 气动头调试

n气动执行机构的调试，主要是对定位器进行调试。首先将阀门放至全关位置，为保证阀门关闭严密，拧阀杆上连接螺母至拧不动为止，阀芯和阀座肯定接触紧密了，此时调整阀杆行程刻度牌至零位，然后接通气源，用减压阀将气源压力调至所需压力，然后用信号发生器给定位器输入4mA电流，调整定位器上的零点调整手轮至阀门刚刚开始动作为止，接着再输入20mA电流，根据行程刻度，调整零点调整手轮和量程调整装置使阀杆行程为全开，然后重复输入4mA和20mA的步骤，直至阀门满足4mA全关和20mA全开的要求。为了保证阀门在4mA的时候关紧，在调试时可以输入4.10~4.15mA电流作为全关的信号，这样在实际工作状态下4mA电流肯定能将阀门关紧。

4 阀门试验

阀门在总装完成后必须进行性能试验，以检查产品是否符合设计要求和是否达到国家所规定的质量标准。阀门的材料、毛坯、热处理、机加工和装配的缺陷一般都能在试验过程中暴露出来。

常规试验有壳体强度试验、密封试验、低压密封试验、动作试验等，并且根据需要，依次序逐项试验合格后进行下一项试验。

4.1 阀门试验方法

4.1.1 强度试验

n阀门可看成是受压容器，故需满足承受介质压力而不渗漏的要求，故阀体、阀盖等零件的毛坯不应存在影响强度的裂纹、疏松气孔、夹渣等缺陷。阀门制造厂除对毛坯进行外表及内在质量的严格检验外，还应逐台进行强度试验，以保证阀门的使用性能。

n强度试验一般是在总装后进行。毛坯质量不稳定或补焊后必须热处理的零件，为避免和减少因试验不合格而造成的各种浪费，可在零件粗加工后进行中间强度试验（常称为毛泵）。经中间强度试验的零件总装后，如用户未提出要求，阀门可不再进行强度试验。苏阀为了保证质量，在中间强度试验后，阀门都全部最后再进行强度试验。

n试验通常在常温下进行，为确保使用安全，试验压力P一般为公称压力PN的1.25~1.5倍。试验时阀门处于开启状态，一端封闭，从另一端注入介质并施加压力。检查壳体（体、盖）外露表面，要求在规定的试验持续时间（一般不小于10分钟）内无渗漏，才可认为该阀门强度试验合格。为保证试验的可靠性，强度试验应在阀门涂漆前进行，以水为介质时应将内腔的空气排净。

n渗漏的阀门，如技术条件允许补焊的可按技术规范进行补焊，但补焊后必须重新进行强度试验，并适当延长试验持续时间。

4.1.2 密封试验

n除节流阀外，无论是切断用阀还是调节用阀，均应具有一定的关闭密封性，故阀门出厂前需逐台进行密封试验，带上密封的阀门还要进行上密封试验。

n试验通常是在常温下以公称压力PN进行的，苏阀一般是在1.1倍PN压力下进行的。

n以水为试验介质时，易使阀门产生锈蚀，通常要根据技术要求控制水质，并在试验后将残水吹干或烘干。

n闸阀和球阀由于有两个密封副，故需进行双向密封试验。试验时，先将阀门开启，把通道一端封堵住，压力从另一端引入，待压力升高到规定值时将阀门关闭，然后将封堵端的压力逐渐卸去，并进行检查。另一端也重复上述试验。闸阀的另一种试验方法是在体腔内保持试验压力，从通道两端同时检查阀门的双密封性。

n试验止回阀时，压力应从出口端引入，在入口端进行检查。

n密封试验时，阀门的关闭力矩应按公称压力与公称通径决定。手动阀门通常只允许用正常体力关闭，而不得借助于其他辅助器械，当手轮直径≥320mm时允许用两人关闭。有驱动装置的阀门，应在使用驱动装置的情况下试验。如技术要求上规定有关闭力矩要求时，需用测力扳手测关闭力矩。

n密封试验应在阀门总装后的强度试验后进行，因为不仅要检验阀门的关闭密封性，还应检验填料及中法兰垫片的密封性。

n上密封试验通常在强度试验时一并进行。试验时并阀杆升高到限位置，使阀杆与阀盖密封面紧密接触，将填料压盖松开后检查其密封性。

n用于气体介质的阀门或图纸技术规范书要求作低压气密封试验的阀门，必须按试验标准规范进行，试验介质为氮气或干燥清洁的空气。试验压力为0.6MPa。

4.1.3 性能试验

n试验介质同壳体强度试验和密封试验，在壳体强度试验和密封试验合格后进行。

n手动阀门动作性能试验：阀门处于开启状态，阀腔内充压到试验压力，用规定的力矩关闭阀门，在阀瓣的一侧减压，以在开启阀门最不利和方向建立压差，然后以规定的力矩开启阀门，如此进行至少三次以上完整的带载循环动作，以检查阀门开和关的操作是否正常、动作是否灵活、开和关的位置指示是否正确等；

n止回阀动作性能试验，在规定的压差下作阀门开启试验，试验次数不少于3次；

n电动和气动阀门动作性能试验，按阀门技术规格书的规定进行，阀门技术规格书无明确规定时，应以额定执行机构操作阀门完成三次完整的带载循环动作，在整个试验中，阀门必须运行平稳、灵活，阀门开、关必须到位，位置指示必须正确。

4.1.4 真空密封试验

n真空密封试验（或称真空检漏）是一种灵敏度很高的密封试验方法。宇航及原子能工业用阀及密封性要求极高的阀门一般均进行真空密封试验。

n真空试验通常在阀门强度、密封试验合格后进行。为保证试验的准确性，被测阀门应具有很高的清洁度和加工精细的密封面。而且阀体、阀盖一般均应采用锻件。

n真空密封试验通常的方法是氦质谱检漏：将被测阀门用真空泵抽至规定的真空度后，在阀门被测部位外施加氦气（有氦罩法或喷氦法）。如有漏隙，氦气便进入阀门的被测部，系统中的氦质谱检漏仪就可显示出来，据此可计算漏率。

4.1.5 微泄漏试验

n近年来随着人们环保意识的加强，世界上的各种机构对阀门的密封提出了更为严格的要求，特别是对使用介质为强腐蚀性、强辐射性、剧毒时。阀门的微泄漏（fugitive emission）要求就是其中的一种。阀门的微泄漏检测( FE TEST)主要是检查阀门中法兰和填料函处的微量泄漏程度，属于阀门壳体密封试验的一种。

n阀门微泄漏检测的基本原理是：在阀门处于半开半闭状态时向阀门内部通以规定压力的氦气，用已调节好漏率的带吸气探针的氦质谱检漏仪对中腔和填料函部位进行检测，看该部位是否满足用户所规定的漏率。

n阀门微泄漏要求是当今阀门发展的一种方向，这种微泄漏要求是很符合核电阀门的要求的。

4.2 试验设备

试压台盲板式

n试压时阀门的一侧法兰用螺栓在试压台下压紧，从下侧打压，上侧观察密封，或上侧用盲板密封，下侧打压检查强度。由于试验时阀体两端直接承受压紧力而容易引起密封变形，以致影响试验的准确性。因此，压紧力不宜过大，在保证阀门端面不渗漏的前提下，压紧力愈小愈好。

翻转试压台和吊挂盲板式

n阀门侧法兰用三个油压的钩形压板，在试压台上拉紧，另一侧法兰由吊持油缸顶紧盲板密封，进行阀门的强度试验。

n由于阀门两端不受轴向力，阀门密封面不会产生变形，因此试验比较准确。

4.3 安装前检验

n试压台

n阀门关闭后打压

n10min内压力不降