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文檔簡介
1、第二章 常用閥門的結構、原理及用途 本章我們用解剖的方法,來介紹常用閥門的結構、原理及用途。2.1 閘閥圖2-1 明桿式閘閥 閘閥,也叫閘板閥、閘門閥,是廣泛使用的一種閥門。它的閉合原理是,閘板密封面與閘座密封面高度光潔、平整與一致,互相貼合,可阻止介質流過,并依靠頂楔、彈簧或閘板的楔形,來增強密封效果。 它的優(yōu)點是:流體阻力小;啟閉較省勁(不包括密封面咬住等特殊情況);可以在介質雙向流動的情況下使用,沒有方向性;全開時密封面不易沖蝕;結構長度短,不僅適合做小閥門,而且適合做大閥門。 它在管路中主要起切斷作用。 它的動作特點是,關閉件(閘板)沿閘座中心線的垂直方向移動。 閘閥可按閘桿上螺紋位置
2、分為兩類。 (一) 明桿式 閥桿螺紋露在上部,與之配合的閥桿螺母裝在手輪中心,旋轉手輪就是旋轉螺母,從而使閥桿升降。如圖2-1所示。 圖2-2 暗桿式閘閥 圖2-3 平行式閘閥這種閥門,啟閉程度可以從螺紋中看出,便于操作;對于閥桿螺紋的潤滑和檢查很方便;特別是螺紋與介質不接觸,可避免腐蝕性介質的腐蝕,所以石油化工管道中采用較多。但螺紋外露,容易粘上空氣中的塵埃,加速磨損,故應盡量安裝于室內(nèi)。 (二) 暗桿式閥桿螺紋在下部,與閘板中心螺母配合,升降閘板依靠旋轉閥桿來實現(xiàn),而閥桿本身看不出移動。如圖2-2所示。這種閥門的唯一優(yōu)點是,開啟時閥桿不升高,適合于安裝在操作位置受到限制的地方。它的缺點很明
3、顯,啟閉程度難以掌握,閥桿螺紋與介質接觸,容易腐蝕損壞。 從閘板構造來分,也有兩類。 (一) 平行式密封面與垂直中心線平行,一般做成雙閘板。見圖2-3。 撐開兩個閘板,使其與閥座密封面可靠密合,一般是用頂楔來實現(xiàn)的,除上圖所示上頂式之外,還有下頂式,如圖2-4所示。有的閥門也用彈簧,如圖2-5那樣。 圖2-4 下頂式雙閘板 圖2-5 彈簧式雙閘板圖2-6 楔式雙閘板閥門 (二) 楔式 密封面與垂直中心線成一角度,即兩個密封面成楔形。楔形傾角的大小,要看介質的溫度;一般來說,溫度越高,傾角越大,以防溫度變化時卡住。 楔形閘閥有雙閘板(圖2-6)和單閘板(圖2-1、圖2-2)兩種。 單閘楔式閥門中
4、,有一種彈性閘閥,它能依靠閘閥的彈性變形,來彌補制造中密封面的微量誤差。如圖2-7所示。注意閘板形狀,它的周圍留有孔隙,因此許可產(chǎn)生一定變形。 閘閥可以做得很大,例如兩米口徑。但大口徑閘閥,往往需要外力來開動。圖2-8是一個電動閘閥。 縱觀各種閘閥,可以發(fā)現(xiàn),在楔式閘閥中,雙閘板式比較容易制作,對溫度的敏感性不突出,所以在蒸汽和水中常用。平行式雙閘板也有類似優(yōu)點,制造修理更簡便,對溫度的適應性稍差。各種雙閘板,都不適應于腐蝕性介質和粘性介質,所以在石油、化工管路中經(jīng)常使用楔式單閘板閥門。楔式單閘板閥門,結構簡單,使用牢靠,但修理比較困難,主要是密封面的加工研磨,很不容易達到要求。 圖2-7 彈
5、性閘閥 圖2-8 電動閘閥 閘閥的共同缺點是:高度大;啟閉時間長;在啟閉過程中,密封面容易被沖蝕;修理比截止閥困難;不適用于含懸浮物和析出結晶的介質;也難于用非金屬耐腐蝕材料來制造。2.2 截止閥截止閥,也叫截門、球心閥、停止閥、切斷閥,是使用最為廣泛的一種閥門。它所以廣受歡迎,是由于開閉過程中,密封面之間摩擦力小,比較耐用;開啟高度不大;制造容易,維修方便;不僅適用于中低壓,而且適用于高壓、超高壓。 它的閉合原理是,依靠閥桿壓力,使閥瓣密封面與閥座密封面緊密貼合,阻止介質流通。截止閥只許介質單向流動,安裝時有方向性。 它的結構長度大于閘閥,同時流體阻力較大,長期運行時,它的密封可靠性也不強。
6、一般截止閥,公稱通經(jīng)不超過200毫米。 圖2-9 直通式截止閥 圖2-10 直角式截止閥 圖2-11 直流式截止閥 截止閥的動作特性是,關閉件(閥瓣)沿閥座中心線移動。它的作用主要是切斷,也可粗略調節(jié)流量,但不能當節(jié)流閥使用。 截止閥可按通道方向分三類: 1)、直通式:進出口通道成一直線,但經(jīng)過閥座時要拐90°的灣。如圖2-9所示。 2)、直角式:進出口通道成一直角。如圖2-10所示。 3)、直流式:進出口通道成一直線,與閥座中心線相交。這種截止閥,閥桿是傾斜的。如圖2-11所示。 直通式截止閥安裝于直線管路,由于操作方便,用得最多。但它的流體阻力大,對于阻力損失要求嚴的管路,使用直
7、流式為好。但直流式閥桿傾斜,開啟高度大,操作不便。直角式截止閥安裝于垂直相交的管路,常用于高壓。2.3 旋塞閥 旋塞閥是最古老的閥門之一,它依靠旋塞體繞閥體中心線旋轉,以達到開啟與關閉的目的。 旋塞閥由閥體、旋塞和閥蓋三個基本組成部分組成。旋塞一般是錐形或柱形,并開有讓流體通過的孔。它的作用是切斷、分配和改變介質流向。如圖2-12所示。操作時只須旋轉90°,讓流體通過,再旋轉90°關閉閥門; 它的優(yōu)點是結構簡單;操作快;外形尺寸小;流體阻力也不大。它的應用比較廣泛,特別是低壓、小口徑和介質溫度不高的場合。 它的缺點是開關費力,密封面容易磨損,高溫高壓時容易卡住,不適宜于調節(jié)
8、流量。 旋塞閥有兩個基本形式,一種是非潤滑型的旋塞閥,它采用摩擦系數(shù)小的材料來減低旋塞面和閥座之間的摩擦。另一種是潤滑型的旋塞閥,它在潤滑面上開有能壓進潤滑油的槽或溝,在操作時需提升旋塞。圖2-12 旋塞閥2.4 球閥 球閥出現(xiàn)很早,推廣使用較晚。球閥的推廣使用,是加工技術的發(fā)展和新材料不斷出現(xiàn)的結果。 球閥的動作原理與旋塞閥一樣,都是靠旋轉閥芯來使閥門暢通或閉塞;球閥的閥芯是一個帶孔的球,當該孔的中心軸線與閥門進出口的中心軸線重合時, 閥門暢通; 當旋轉該球90度,使該孔的中心軸線與閥門進出口的中心軸線垂直時,閥門閉塞。 球閥與旋塞閥相比,開關輕便,相對體積小,所以可以做成很大通經(jīng)的閥門。球
9、閥密封可靠,結構簡單,維修方便,密封面與球面常在閉合狀態(tài),不易被介質沖蝕。目前,球閥已在石油、化工、發(fā)電、食品、原子能、航空、火箭等部門廣泛使用。圖2-13 浮動球閥 球閥可分兩類:(一)浮動球式,(二)固定球式。 (一) 浮動球閥 它的球體有一定浮動量,在介質壓力下,可向出口端位移,并壓緊密封圈。這種球閥結構簡單,密封性好。但由于球體浮動,將介質壓力全部傳遞給密封圈,使密封圈負擔很重;考慮到密封圈承載能力的限制,又考慮到大型球閥如采用這種結構形式,勢必操作費勁,所以只作為中低壓小口徑閥門。結構如圖2-13。 (二) 固定球閥 它的球體是固定的,不能移動。通常上下支承處裝有滾動軸承或滑動軸承,
10、開閉較輕便。這種結構適合于制作高壓大口徑閥門。如圖2-14所示。圖2-14 固定球閥1、閥體 2、球體 3、滾動軸承 4、閥蓋 5、密封圈 6、支架 7、變速箱 8、閥桿 9、墊片 10、彈性密封套筒 11、過渡套筒 12、彈簧 13、螺栓 14、閥座密封圈 閥座密封圈,常用聚四氟乙烯做成,因為它摩擦系數(shù)小,耐腐蝕性能優(yōu)異,耐溫范圍寬闊(-180到+200)。也用聚三氟氯乙烯,它比前者耐腐蝕性能稍差,但機械強度高。橡膠密封性能很好,但耐壓、耐溫性能較差,只用于溫度不高的低壓管路。此外,尼龍等朔料,也可在一定條件下使用。 大型球閥,可以做成機械傳動,如圖2-14所示。還可以由電力、液力、氣力來操
11、作。 球閥與旋塞閥一樣,可以做成直角、三通、四通等形式。2.5 蝶閥 蝶閥,也叫蝴蝶閥,顧名思義,它的關鍵性部件好似蝴蝶逆風,自由回旋。如圖2-15所示。實際上,它的閥瓣是圓盤,圍繞閥座內(nèi)的一個軸旋轉。旋角的大小,便是閥門的開閉度。這種閥門具有輕巧的特點,比其他閥門要節(jié)省許多材料;結構簡單;開閉迅速(只需旋轉90°);切斷和節(jié)流都能用;流體阻力小;操作省勁。在工業(yè)生產(chǎn)中,蝶閥日益得到廣泛的使用。但它用料單薄,經(jīng)不起高壓高溫,通常只用于風路、水路和某些氣路。 蝶閥,可以做成很大口徑。大口徑蝶閥,往往用蝸輪蝸桿或電力、液壓來傳動。 能夠使用蝶閥的地方,最好不要使用閘閥,因為蝶閥比閘閥要經(jīng)
12、濟,而且調節(jié)流量的性能也要好。圖2-15 蝶閥2.6 節(jié)流閥 節(jié)流閥,也叫針形閥,外形跟截止閥并無區(qū)別,但閥瓣形狀不同,用途也不同。它以改變通道面積的形式來調節(jié)流量和壓力。有直角式和直通式兩種,都是手動的。通常用于壓力降較大的場合。但它的密封性能不好,作為截止閥是不合適的。同樣,截止閥雖能短時間粗略調節(jié)流量,但作為節(jié)流閥也不行,當形成狹縫時,高速流體會使密封面沖蝕磨損,失去效用。 最常見的節(jié)流閥閥瓣為圓錐形的。如圖2-16所示。用這種閥瓣做成的節(jié)流閥也是最常見的節(jié)流閥。見圖2-17。 圖2-16 圓錐形閥瓣 圖2-17 節(jié)流閥2.7 逆止閥 逆止閥是依靠流體本身的力量自動啟閉的閥門。它的作用是
13、阻止介質的倒流。它的名稱很多,如止回閥、單向閥、單流門等。 按結構可以分為兩類: (一) 升降式(Lift) 閥瓣沿著閥體垂直中心線移動。這類逆止閥又有兩種:一種是臥式,裝于水平管道,閥體外形與截止閥相同,見圖2-18;另一種是立式,裝于垂直管道,圖2-19便是。對于夾式逆止閥,是立式逆止閥的一種。 圖2-18 臥式升降式逆止閥 圖2-19 立式升降式逆止閥 (二) 旋啟式(Swing) 閥瓣圍繞座外的銷軸旋轉。這類閥門又有單瓣、雙瓣和多瓣之分,但原理是一樣的。這類閥門可以適合于水平管道和垂直管道,其優(yōu)點是由該類閥門引起的壓降小。圖2-20是單瓣旋啟式逆止閥。 圖2-20 單瓣旋啟式逆止閥 圖
14、2-21 吸水底閥常見的吸水底閥(圖2-21),就是逆止閥的變形,它的內(nèi)部結構與上述兩類逆止閥相同,只是它的下端是開暢的,以便讓水進入。2.8 安全閥圖2-22 彈簧式安全閥圖2-23 帶扳手的雙彈簧微啟式安全閥 安全閥是一種自動閥門,它不借助任何外力而是利用介質本身的能力來排出一額定數(shù)量的介質,以防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過預定的安全值。當壓力恢復正常后,閥門再行關閉并阻止介質外流。 安全閥,也叫安全門或保險閥;是一種自動機構,它在介質壓力超過工作壓力時自動開啟,而在壓力回降到工作壓力或略低于工作壓力時又自動關閉。 安全閥可以分成三個基本類型(如果把很久以前就不用的彈簧平衡式包括進去,就是四類)。三類
15、型分別是:a. 彈簧式(圖2-22和圖2-23)b. 脈沖式c. 杠桿式(圖2-24) 盡管人們熟悉杠桿式,并加以提倡,有的還優(yōu)先選用它們,但彈簧式仍然是最通用的一種。 圖2-22是彈簧式安全閥的一種。它的作用原理是,彈簧力與介質作用于閥瓣的正常壓力相平衡,使密封面密合;當介質壓力過高時,彈簧受到壓縮,使閥瓣離開閥座,介質從中泄出;當壓力回降到正常值時,彈簧力又將閥瓣推向閥座,密封面重新密合。 在一些重要部位往往使用帶扳手的雙彈簧微啟式安全閥。這種結構形狀如圖2-23所示。 脈沖式安全閥,就是一個大的安全閥(主閥)和一個小的安全閥(輔閥)配合動作,通過輔閥的脈沖作用帶動主閥啟閉。大的安全閥比較
16、遲鈍,小的安全閥則比較靈敏。將通向主閥的介質與輔閥相連通,壓力過高時,輔閥開啟,介質從旁路進入主閥下面的一個活塞,推動活塞將主閥打開。壓力回降時,輔閥關閉,主閥活塞下的介質壓力降低,主閥瓣也跟著下降密合。這種安全閥結構復雜,只有在通經(jīng)很大的情況下才采用。 杠桿式安全閥(重錘式)安全閥,是一種古老的閥門。它依靠杠桿和重錘來平衡閥瓣的壓力。通過重錘在杠桿上的移動,調整壓力的大小。它與彈簧式安全閥比較,顯得笨重而遲鈍。好處是因為沒有彈簧,不怕介質的熱影響,所以至今還在某些鍋爐上使用。結構形狀如圖2-24。圖2-24 杠桿式安全閥 安全閥,按閥瓣開啟高度與閥座通經(jīng)之比分兩種:比數(shù)為1/201/10的叫
17、微啟式,比數(shù)為1/41/3的叫全啟式。 又根據(jù)閥體的構造分兩種:一種叫封閉式安全閥,它的排泄介質全部通過排泄管引到一定地方放掉(如圖2-22);另一種,排泄介質出密封口后立即散失于空間,叫不封閉式安全閥(如圖2-24)。 安全閥,大量使用于鍋爐、受壓容器和管路中。2.9 減壓閥 減壓閥按作用原理可分為自動式或他動式。自動式減壓閥是通過啟閉件(閥瓣)的節(jié)流作用,將閥門進口端的壓力降至某一個需要的出口壓力,并在閥門進口端壓力及流量發(fā)生變化時,能利用自身介質的能量,自動的調節(jié)流量保持出口端壓力基本穩(wěn)定的閥門。它動式減壓閥,是將壓力變化轉化為電信號,再通過電信號去控制執(zhí)行機構使閥門動作,保持出口壓力基
18、本穩(wěn)定在調定值的閥門。 活塞式減壓閥:利用活塞作靈敏元件來帶動啟閉件(閥瓣)運動的閥門。它的作用原理,可參看2-25。由圖可知,活塞式減壓閥由閥體、閥蓋、活塞、彈簧、主閥、脈沖閥、膜片等組成。閥體下部,裝有主閥彈簧,支承主閥,使主閥與閥座處于密封狀態(tài)。閥體上部的活塞,又與主閥閥桿相配合,在活塞受到介質壓力后,便推動主閥,使其開啟。閥蓋內(nèi)裝有脈沖閥彈簧和閥座,閥座上附有膜片。最頂端,裝有調節(jié)彈簧和螺釘,可旋動此螺釘,調整需要的工作壓力。閥門出廠時,主閥和脈沖閥都是關閉的,使用時,通過順時針方向旋轉調節(jié)螺釘,頂開脈沖閥。介質壓力經(jīng)“”通道進入脈沖閥,然后進入“S”通道(虛線),推動活塞,使主閥開啟
19、,介質由A處流向B處。進入B處的介質,它的壓力通過“” 通道,到達膜片下的空間,膜片所承受的力,足以抵制調節(jié)彈簧的力時,膜片即向上移動,脈沖閥漸趨閉合,使流入B處的介質減少,壓力減低;反之,B處壓力過低,調節(jié)彈簧又壓開脈沖閥,使介質流量增加,B處壓力提高。這種正反兩方面的作用,使B處壓力恒定于一定誤差范圍之內(nèi)。B處壓力是可以通過調節(jié)螺釘加以調節(jié)的。但一般減壓閥,進、出口壓力之差必須不小于1.5 kg/cm2。 同一種減壓閥,又有不同減壓壓力段。如公稱壓力Pg=16kg/cm2的減壓閥,就有2-3 kg/cm2、28 kg/cm2、711 kg/cm2三種減壓壓力段,使用時應根據(jù)不同要求加以選擇。壓力段的區(qū)別是用不同的彈簧來實現(xiàn)的。 這種減壓閥,體積小,開啟行程大,耐溫性能好,雖然制造難度高,比較嬌氣等缺點,仍然廣泛地用于蒸汽管路,也用于空氣和清凈液體管路。圖2-25 活塞式減壓閥1、閥體 2、閥蓋 3、活塞 4、汽缸 5、活塞環(huán) 6、主閥 7、主閥彈簧 8、主閥座 9、脈沖閥 10、脈沖閥閥座 11、脈沖閥彈簧 12、膜片 13、調節(jié)彈簧 14、調節(jié)螺釘 1
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