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1、第二章第二章 阀门结构阀门结构 和工作原理（上和工作原理（上 ） tiemuyu666 主要内容: u 常见阀门结构及应用 u 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
2、 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 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 252、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
3、板 特点： 结构简单，尺寸小，使用较为 可靠。 缺点： 楔角加工精度高，加工维修较为 困难；启闭过程中密封面易发生擦伤 ，温度变化时闸板易卡住。 应用： 常温、中温、各种压力 闸阀的结构 (b) 楔式弹性单闸板 结构： 在闸板中部开环状槽或 由二块闸板组焊而成，中间 为空。 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。 缺点： 关闭力矩不宜太大，防止超 过弹性范围；介质中含固体杂质 少，不适用于易结焦的介质。 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。 结
4、构： 由两块圆板组成，用球面顶心铰接成楔 形闸板。楔角可以靠顶心自动调整。 缺点： 结构复杂、零件较多、闸 板易脱落。 应用： 水和蒸气介质，不适用于 粘性介质。 闸阀的结构 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) (a) 平行式单闸板平行式单闸板 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) (b) 平行式双闸板平行式双闸板 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
5、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DN50mm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： n流体阻力小。 n开闭所需外力较小。 n介质的流向不受限制。 n全开时，密封面受工作介质的冲蚀比截止阀小。 n体形比较简单，铸造工艺性较好。 闸阀也有不足之处： n外形尺寸和开启高度都较大。安装所需空间较大。 n开闭过程中，密封面间有相对摩擦，容易引起擦伤现象。 n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
6、，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、
7、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 （）直通形阀：流动 阻力大，压力降大； （）角形阀：弯头处， 流动阻力小。 截止阀和节流阀阀体 （）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。 （）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 （）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 （）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
8、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： n1 在开闭过程中密封面的摩擦力比闸阀小，耐磨。 n2 开启高度小。 n3 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DN200mm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
9、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 型三通式 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：（三）长输管线球阀的分类： 按结构不同可分为以下三类按结构不同可分为以下三类 侧装式侧装式 n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
10、情况下受温度 限制 （10）不便埋地安装 顶装式顶装式 n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）Class 150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
11、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，API 6D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
12、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（ VITON AED），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
13、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
14、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
15、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
16、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 n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。 n渗漏
