幾種常用閥門的特點探討

賈延超， 井啟慶，趙理生

(1.蘇州中本碩機(jī)電工程有限公司，江蘇 蘇州 215011；2.青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海 格爾木 816000；3.新疆天利高新石化股份有限公司,新疆 獨山子 833699)

近些年來，國家對安全環(huán)保的高規(guī)格要求、石化項目的苛刻操作條件以及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的升級都加強(qiáng)了對球閥質(zhì)量的嚴(yán)格要求。閥門是壓力管道系統(tǒng)中量大面廣的重要壓力管道元件，來主要功能是分配、混合、分離介質(zhì)(分流或溢流)，防止介質(zhì)倒流(防止逆流)，截斷和連接介質(zhì)(截斷、導(dǎo)流)，調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力(穩(wěn)壓、穩(wěn)流)等。相對而言，閥門的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種繁多、技術(shù)含金量高、規(guī)格趨嚴(yán)。根據(jù)不同的使用功能，按照動力作用可分類為依靠外力作用進(jìn)行動作的驅(qū)動閥門(球閥、閘閥、截止閥、旋塞閥、開關(guān)閥、切斷閥等)和依靠介質(zhì)自身作用進(jìn)行動作的自動閥門(安全閥、止回閥、疏水閥、減壓閥等)。在閱讀國內(nèi)外閥門相關(guān)的資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合在現(xiàn)場實際工作中的寶貴經(jīng)驗，闡述了閥門的分類及其優(yōu)缺點。

1 常見閥門的分類

1.1 按照閥門的用途分類

(1)當(dāng)操作壓力超過或者低于設(shè)定值時，為保證管路系統(tǒng)和設(shè)備的安全平穩(wěn)，需排出或者吸入一定量的流體，如事故閥、安全閥、呼吸閥、單吸閥、單呼閥等。

(2)生產(chǎn)過程中用來調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力的閥門如調(diào)節(jié)閥(氣動、液動、電動等類型)、減壓閥。

(3)為避免介質(zhì)倒流，防止對泵葉輪有沖擊破壞的發(fā)生，止回閥是有行之有效的管路元件。

(4)用來切斷或者連通介質(zhì)的閥門如球閥、閘閥、截止閥、蝶閥等。

1.2 按照動力分類

(1)依靠氣體、液體、電能、人力等外力進(jìn)行動作的閥門被稱為驅(qū)動閥門，例如：球閥、閘閥、截止閥、節(jié)流閥等。

(2)依靠介質(zhì)本身的作用進(jìn)行動作的閥門被稱為自動閥門，例如：止回閥、疏水閥、減壓閥等。

1.3 按照驅(qū)動方式分類

(1)當(dāng)驅(qū)動力較小時，借助于人力，搬動手柄、手輪甚至是杠桿的手動閥門。當(dāng)驅(qū)動力較大時，采用齒輪、渦輪蝸桿等減速裝置的機(jī)械驅(qū)動閥門。

(2)借助于壓縮空氣來驅(qū)動的氣動閥門。

(3)借助于水、油來驅(qū)動的液動閥門。

(4)借助于電氣裝置來驅(qū)動的電動閥門。

2 常見閥門的類型和優(yōu)缺點

2.1 球閥

球閥是指閥芯(帶孔的球)繞閥體中心線旋轉(zhuǎn)運動來達(dá)到開啟和關(guān)閉的一種閥門。球閥分為固定球閥和浮動球閥。

2.1.1 浮動球閥的特點和性能

浮動式球閥的閥芯是浮動的。當(dāng)浮動球閥關(guān)閉時，閥芯球體頂端的扁槽與閥桿底端的扁榫的接觸面與介質(zhì)壓力方向一致，在壓力的作用下，球體沒有固定的樞軸限位，沿著壓力的方向向出口端移動并緊壓在出口端的密封端面。隨著介質(zhì)操作壓力的波動，球體在流道內(nèi)可以來回運動，即所謂的浮動，故稱浮動式球閥。不過，由于介質(zhì)壓力通過浮動的球體全部傳遞到密封圈上，因此密封圈受到的荷載比較大。如果介質(zhì)壓力比較大，球體將被緊緊壓死在密封圈上，造成球體轉(zhuǎn)動困難，操作費力。同時，較大的壓力作用下，勢必要求球閥密封圈要具有較大的沖擊承載力，這樣的球閥在制造工藝上受限，造價成本也不經(jīng)濟(jì)。如果浮動球閥的口徑較大，球體隨之增大，重量隨之變重。由于沒有下發(fā)干支撐球體，故下半部的閥座支撐較重的球體，易造成閥座下半部磨損。因此，浮動球閥適用于DN50及其以下的小口徑、300Lb及其以內(nèi)的中低壓管路系統(tǒng)。

受到工藝和制造的約束，浮動式球閥的密封性能相對較好，體積較小，重量較輕，結(jié)構(gòu)簡單，小口徑，中低壓的介質(zhì)工作壓力。

2.1.2 固定球閥的特點和性能

固定球閥的球體通過螺釘、壓蓋、填料函把上下閥桿與球體固定，故稱為固定球閥。介質(zhì)壓力的作用下，通過浮動的閥座產(chǎn)生位移，密封圈緊壓在球體處，形成密封面。一般地，固定球閥的驅(qū)動方式可采用帶側(cè)裝手輪的普通齒輪箱，實現(xiàn)手輪操作?；蛘咴陂y桿上下支撐處安裝滑動或滾動軸承。這樣固定球閥的轉(zhuǎn)動扭矩小，啟閉輕便，適用于高壓和大口徑的閥門管路工況。

2.2 閘閥

閘閥的啟閉件是閘板，閘板由閥桿帶動并隨之一起沿閥座密封面做直線升降運動，垂直于流體方向。當(dāng)閘閥部分開啟時，介質(zhì)在閘板背面會形成渦流，容易沖蝕閘板并引起閘板的振動，造成閥座的密封面損壞。因此，閘閥在管路中一般不作調(diào)節(jié)介質(zhì)流量使用，主要起到切斷流體的作用，適用于閥門全開或全關(guān)的工況。

按照閘板結(jié)構(gòu)把閘閥可分為楔形式閘閥和平行式閘閥。與閥桿中心線有一定的角度，密封面成楔形，故稱之為楔形式閘閥，一般地，制造成單閘板閘閥。當(dāng)介質(zhì)溫度較高時，為防止楔形密封面熱漲卡死，所以閘閥密封面的傾角隨之增大。密封面與閥桿中心線平行，故稱為平行式閘閥，一般地，制造成雙閘板。

按照閥桿螺紋的位置把閘閥可分為明桿式閘閥和暗桿式閘閥。明桿式閘閥的閥桿螺母安裝在手輪中心，旋轉(zhuǎn)手輪時，手輪只做圓周運動不做上下運動，而帶有傳動螺紋的閥桿在閥體外部帶動閘板做上下運動，根據(jù)閥桿的運動方向和位置便可直觀地判斷閘板啟閉程度。暗桿式閘閥的帶有傳動螺紋的閘桿位于閥體內(nèi)部，開關(guān)時，手輪與閥桿是相對靜止且做旋轉(zhuǎn)運動，閘板通過閥桿在固定點的轉(zhuǎn)動下在閥體內(nèi)實現(xiàn)上升和下降動作的。因此，啟閉閘閥時，明桿式閘閥是可以看到閥桿的，暗桿式閘閥是看不到閥桿的。同時，安裝閘閥時，明桿式閘閥的閥桿上下移動較大，閥門全開時的總高度較大，所需的安裝空間較大；而暗桿式閘閥的優(yōu)點是即使閥門全開時，閥門的總高度仍然不變，安裝空間相對較小。

明桿式閘閥的閥桿在閥體外，不接觸介質(zhì)，受腐蝕侵蝕危害較小，同時便于閥桿的潤滑與保養(yǎng)。但是外露的閥桿在潤滑油的作用下易臟，故較多安裝在室內(nèi)。暗桿式閘閥的閥桿與介質(zhì)接觸，被腐蝕的概率大，且不便潤滑。

相對地，閘閥對溫度的敏感性不突出，溫度變化不宜引起卡澀堵住現(xiàn)象，通常應(yīng)用于水、蒸汽系統(tǒng)。雙閘板閘閥安裝在粘性介質(zhì)和腐蝕性介質(zhì)工況中易粘結(jié)生銹，影響密封，故石化管道系統(tǒng)中不常使用雙閘板閘閥。

總之，閘閥的體型相對較大，重量大，安裝空間較大；啟閉過程中，密封面容易受到流體渦流的沖蝕磨損；適用于水、蒸汽系統(tǒng)，不便于安裝在粘稠、腐蝕性介質(zhì)管路系統(tǒng)。

2.3 截止閥

關(guān)閉截止閥時，通過閥桿向閥瓣施加外力，使閥瓣與閥座強(qiáng)制密封，是強(qiáng)制密封性閥門。

截止閥按介質(zhì)流通通道方向可分為進(jìn)出口成180°，經(jīng)過閥座要拐90°的直通式截止閥，進(jìn)出口成90°的直角式截止閥以及進(jìn)出口成180°，閥桿傾斜與閥座中心線成銳角的直流式截止閥。

直通式截止閥操作方便，應(yīng)用廣泛，但流體阻力大，對壓力損失要求較小的管路，不適合選用。直流式截止閥流體壓降損失較小，但閥桿傾斜安裝，不利于控制開啟范圍，不便于操作。直角式截止閥的流體方向只改變一次，故壓降較小，常用于安裝在高壓系統(tǒng)的垂直相交的管路。

截止閥的啟閉是閥瓣沿著閥座中心線移動，主要起切斷作用，也有粗調(diào)流量的作用，故常用于調(diào)節(jié)閥組的旁路。

2.4 止回閥

當(dāng)介質(zhì)順流時，止回閥的閥瓣會自動開啟；當(dāng)介質(zhì)反流時，閥瓣自動關(guān)閉，防止介質(zhì)倒流，保護(hù)閥后的管道元件正常運行。止回閥可分為蝶形止回閥、旋啟式止回閥和升降式止回閥。

升降式止回閥的下部在結(jié)構(gòu)上與直通式截止閥相似，順流時靠介質(zhì)壓力打開，逆流時靠自重關(guān)閉。故臥式升降式止回閥適于安裝在水平管道上，立式升降式止回閥適于安裝在垂直管道上。流體通過升降式止回閥的圓盤狀閥瓣，流動阻力較大，故適用于較小口徑的工況。因為升降式止回閥的公稱直徑大，相應(yīng)的閥瓣體積大，質(zhì)量重。如果管道壓力等級較小的話，升降式止回閥閥瓣前后的壓差比閥瓣的自重還小，此時的閥門就沒有實際工作意義了。故升降式止回閥不適用于大口徑的管道系統(tǒng)。

旋啟式止回閥的閥瓣繞內(nèi)裝搖臂軸做旋轉(zhuǎn)運動，與升降式止回閥相比，流體通過旋啟式止回閥的通道比較寬敞，壓力降較小，流體阻力較小，流量較大，適用于DN50及其以上大口徑的場合。旋啟式止回閥的安裝位置不受限制，但如果要安裝在垂直管道上時，為防止靜電產(chǎn)生或者滿管輸送，要求介質(zhì)的流向應(yīng)由下至上。

蝶式止回閥結(jié)構(gòu)簡單，安裝位置不受限制，流阻較小，水錘壓力亦較小。

3 總結(jié)

閥門在管路系統(tǒng)中的重要性決定了對其高規(guī)格的可靠性要求,認(rèn)識閥門，了解閥門，掌握閥門越來越重要。分析閥門閥門的特點，研究閥門存在的漏洞及發(fā)展趨勢。堅持研究閥門失效機(jī)制，加強(qiáng)閥門質(zhì)量監(jiān)督,建立閥門運行可靠性評估，逐步提高閥門在工業(yè)生產(chǎn)的安全保障。

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