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閥門基礎知識:閥門的概況,分類,機能,結構,

發布時間:2012-11-06 來源地:

閥門基礎知識:閥門的概況,分類,機能,結構,

材料一、閥門的概況
閥門在國民經濟中無所不有,它與出產、建設、國防和人民糊口都有著緊密親密關系。好比在石油、自然氣、煤炭、礦山的開采、提煉和輸送;化工、醫藥、輕工、造紙、食物的加工;水電、火電、核電的電力系統;農業澆灌;冶金系統;城市和產業企業的給排水,供熱、供氣、排污系統;船舶、車輛、航天、國防系統;各種運念頭械的流體系統等等均離不開閥門產品。
閥門安裝在各種管路系統中,作為一種管路附件,主要用來控制流體的壓力、流量和流向,好比截斷、調節、止回、分流、安全、減壓等。實際上因為流體的壓力、溫度、流量及化學物理性質不同,對流體系統控制要乞降使用要求也不同。恰是因為閥門的特殊性,也決定了閥門的復雜性,所以閥門的種類和數目之大是任何一種機械產品無法相比的。
為了對閥門有一個系統、概況的了解,下面臨幾個基本知識闡述如下:
一)、閥門的分類
閥門的種類繁多,海內外對閥門的分類方法也良多,為了把握閥門的種別,目前海內外最常用的分類方法是按工作原理、作用、按結構不同來劃分。即將閥門分為:閘閥、截止閥、止回閥、球閥、蝶閥、旋塞閥、隔膜閥、安全閥、疏水閥、節流閥、減壓閥和調節閥。
在此基礎上,每種閥門又因連接方式、壓力、溫度、口徑、介質、驅動方式等參數的不同而派生出不同的結構。
二)、閥門具備的基本機能
閥門具備的最基本機能是強度,其次是針對不同的閥類應具備密封功能、調節功能、動作機能(如安全閥、疏水閥的起跳機能,減壓閥的動作敏捷性等)和暢通流暢機能(如閥門的流量、流阻機能等)。
三)閥門的結構組成
對任何一種閥門,無論其結構如何復雜,基本上可概括為以下幾部門組成:
1)、承壓件:如閥體、閥蓋等零件;
2)、封閉件:如閘板、閥瓣、球體等零件;
3)、密封件:如密封副、法蘭間、圓柱面間的密封零件;
4)、運念頭構:如使封閉件達到需要動作的螺旋傳動,往復運動,凸輪傳動等;
5)、驅動裝置:驅動閥門封閉件運動的電動、氣動、液動、電液聯動、氣液聯動、齒輪傳動、手輪傳動等裝置;
6)、緊固件:將閥門零件連接在一起的螺栓、螺母等零件。
四)、幾個基本概念
1、公稱通徑:
公稱通徑是人為制定的用作參考的經由圓整的表示閥門的暢通流暢通道尺寸的數據。其劃定的目的是簡化閥門口徑規格的數目。在選用時,無論通道通徑怎樣,出產企業、使用單位、設計院所均要遵循向劃定的最鄰近的規格尺寸靠的原則。因為公稱通徑是閥門選用和制造的樞紐參數,因此各國均已制定了相應系列尺度。公稱通徑最常用的表示方法可分為兩大類:
1)、公制系列
用“DN”表示,單位為毫米,我國在GB1407尺度中,對公稱通徑作了明確劃定:
5 6 8 10 15 20 25 32 40 50 65 80
100 125 150 175 200 225 250 300 350 400 450 500
600 700 800 900 1000 1200 1300 1400 1500 1600 1800 2000
2200 2400 2600 2800 3000 3400 3600 4000 ……
2)英制系列
用“NPS”表示,單位為英寸,其公稱通徑系列如下:
1/2″ 3/4″ 1″ 11/4″ 3/2″ 2″ 21/2″ 3″
31/2″ 4″ 5″ 6″ 8″ 10″ 12″ 14″
16″ 18″ 20″ 24″ 28″ 30″ 32″ 34″
36″ 38″ …… 60″
※1″=25.4mm
2、公稱壓力
公稱壓力是人為劃定的,并經圓整后,供設計、制造、選購時參考數據。其數值為常溫下的額定值。
公稱壓力海內外最常用的表示方法有兩種:即美洲體系和歐洲體系。
1)、歐洲體系是以德國為代表的國家常用的壓力尺度體系,我國、前蘇聯、德國等均屬于此體系范疇。
該體系的公稱壓力用“PN”表示,單位為“MPa”,我國公稱壓力尺度系列如下:

0.05 0.1 0.25 0.4 0.6 0.8 1.0 1.6 2.0 2.5 4.0
5.0 6.3 10 15 16 20 25 28 32 42 50
63 80 100 125 160 200 250 335
2)、美洲體系是以美國為代表的西方國家常用的壓力尺度體系。
該體系的公稱壓力用“Class”表示,單位為“磅級”,此公稱壓力尺度系列如下:
25 125 150 250 300 400 600 800 900 1500 2500 4200
為了與國際尺度接軌,我國在新制定的公稱系列尺度中,已融含了上述兩個尺度體系。常用的兩個體系對照表如下:
2.0 5.0 6.3 11.0 15.0 26.0 42.0
150 300 400 600 900 1500 2500
3)、除上述兩種基本公稱壓力尺度體系外,還常遇到日本的一種尺度體系,即“K”級制,此體系是日本尺度中一種常用的表示方法,用“K”表示。其壓力系列如下表所示:
2 K 5 K 10 K 16 K 20 K 30 K 40 K 63 K 100 K
為在平時使用時利便對照,現將上述三種公稱壓力之間的對照列在下表(參考):
PN (MPa) 1.6/2.0 2.5/4.0/5.0 6.3 10 15 25 42
Class(磅級) 150 300 400 600 800 900 1500 2500
K級(K) 10 20 40
※1psi≈0.007 MPa
3、壓力—溫度等級(壓力—溫度額定值)
壓力—溫度等級是在公稱壓力和閥門材料(承壓件)確定的條件下,閥門在指定溫度下用表壓表示的最大非沖擊答應的工作壓力。它是準確選用閥門、法蘭和管件、工程設計和出產制造的基本參數。
壓力—溫度等級的用途:
1)、在材料和相應壓力等級確定下,可以確定不同溫度下相應的最大答應工作壓力。
2)、根據實際工作溫度和工作壓力,確定常溫下的壓力額定值。
二、閥門產品結構
閥門產品的發展主要取決于閥門的材料和結構。
各類閥門因為使用工況的不同,制造廠工藝的不同,設計者設計思路的不同,以及跟著科學技術的發展,閥門新結構、新材料、新工藝的不斷問世,造成閥門的結構品種極為復雜,但是,追根溯源,每類閥門總的功能和基本原理仍是有一定規律下常用的基型結構和具有代表性的同種閥類的結構,分述如下:
一)、典型閥門產品的結構
二)、填料函的結構
三)、閥門中部的結構
四)、閥桿螺母的結構
五)、密封面的結構
一)、典型閥門產品的結構
對閥門而言,除準確選擇填料材料外,其填料函結構設計的準確與否對保證閥桿處密封是否可靠至關重要。
對一般產業用閥門,填料函的基本結構分類如下:
三)、中部結構(見圖七)
閥門在大多數情況下,因為受整體結構的限制,均采用閥體與閥蓋(或閥體與側閥體)各自獨立的零件,這就為設計時帶來如何保證兩個零件連接后密封的題目。閥門中部結構盡管受閥門使用機能等因素影響而多種多樣,但基本結構可以分為兩類:
1、有墊片(環)連接的中部結構:
其結構原理是:作為密封用的墊片(環)通過螺栓連接壓緊產生的變形,形成足夠的密封力,從而保證兩個零件之間的密封。
2、無墊片(環)連接的中部結構:
其結構原理是:不采用墊片(環)密封的結構,而達到中部連接處不泄漏。
為更清晰地表達中部密封的結構,用分類表達如下:
四)、閥桿螺母結構(見圖八)
對具有螺旋傳動的閥門,其閥桿螺母結構往往因受力和環境因素的影響而不同,其基本結構可分為固定式閥桿螺母和滾動式閥桿螺母兩大類。
1、固定式閥桿螺母的原理是閥桿螺母固定,閥桿作相對運動。
按其閥桿螺母所處位置又分為閥體內和閥體外兩種。若閥桿螺母安頓在閥體外,此時,閥桿螺母固定,閥桿作旋轉并軸向運動。
若閥桿螺母安頓在閥體內,此時,閥桿螺母隨封閉件軸向運動,而閥桿只作旋轉運動。
2、滾動式閥桿螺母的原理是閥桿螺母裝在支架的上部,閥桿螺母通過外力驅動作原位旋轉,而閥桿作軸向運動。
閥桿螺母安頓在閥體內,因為受介質和溫度的影響大,而且在介質作用下,操縱前提差,易損壞,維修更不輕易,因此其使用范圍受限制。
閥桿螺母安頓在閥體外,因為與介質隔開,而且溫度大大低于閥體和閥蓋的溫度,故更換、維修、潤滑利便,可用于各種工作前提(包括最復雜的工況)場合。
現將閥桿螺母結構分類列表表示:
五)、密封面結構
閥門密封面結構是決定閥門能否可靠保證在管道內使用功能的樞紐。因為閥門的詳細執行功能不同,因此其密封面結構不同,為便于系統地輿解和把握這方面知識,僅就典型的幾種閥門密封面結構闡述如下:
1、閘閥的密封面結構
在閘閥產品中,密封面工作前提比截止閥復雜的多,閘板和閥體密封面相對移動將引起磨損,而跟著磨損的加重,閘板會在閥體中著落,而且因為斜度不大,造成密封面厚度即使減少量很小也會引起閘板比較大的下移,假如返修或維修時,經重新研磨后,閘板下降的幅度更大,因為這個原因,為保證閥門可靠的密封,閘板密封面一方面要比閥體密封面要寬,另一方面,在裝配時,應將閘板與閥體密封面的最初接觸位置選在閘板的最高處。
一般,閘閥密封面檢驗要比截止閥難題,為避免閥門常常返修/維修和密封面的迅速破壞,這就要求對閘閥密封面材料和結構的選擇考慮的愈周全愈好。
1)、分離式閥座結構:
此類結構是將密封面先與閥體分開,然后再與閥體邊接在一起。
其長處是密封材料選擇范圍大,易加工,缺點是工藝復雜。
2)、整體式閥座結構:
此結構是密封面直接在閥體上加工而成的,可分為在閥體上直接加工和先堆焊再加工兩種。
長處是結構簡樸,缺點是增大了加工難度。
閘閥的密封面結構分類如下:(見圖九)
2、截止閥的密封面結構
截止閥密封結構,根據密封面材料分為軟質和金屬兩大類,在閥門設計時可根據密封材料的特點采取相應的固定方法。
截止閥密封面結構型式如下:(見圖十)
3、球閥密封面結構
因為球閥使用的場合不同,其密封面結構也不同,加上新結構、新材料、新工藝的不斷問世,使球閥的使用范圍也隨之擴大,閥座密封面結構也多樣化。
對球閥密封副結構,因為球體一般為金屬材料,樞紐是閥座密封面結構的選擇。
球閥密封面結構分類如下:(見圖十一)
4、蝶閥密封面結構
因為蝶閥具有其它閥類不可比的長處,近年來,很多新結構問世,已使蝶閥只能常溫軟質密封開始向高溫硬密封發展,因此,目前密封面結構相稱繁多。其密封面結構分類如下表所示:(見圖十二)
三、閥門材料
閥門是管路中不可缺少的附件之一,因為其特殊性,它不僅要保證在不同溫度、不同壓力、不同介質的化學物理機能參數下的可靠功能,而且還要完成閥門在使用中的各種動作。因此,這就決定了閥門在選材上的復雜性?梢灾v,目前存世的絕大部門材料,包括玄色金屬、有色金屬、工程塑料、橡膠和搪瓷等在閥門中均可用到。
盡管表面上看,一臺閥門很簡樸,但實際上閥門中每個零件材料所涉及的學科卻是其它機械產品無法相比的。它不僅涉及到材料學、流體力學、熱力學、化學、侵蝕學、金相學,而且還涉及到機械設計學、自動控制學、機械制造學以及探傷、焊接等學識。因此,對每一個合格的閥門工程技術職員來講,不僅要具備對閥門產品結構的熟知并立異,在理論和科研上的扎實基礎,而且在如何選好材料上更要具備較高的素質,為了達到這樣的目標,就要做到以下幾點:
1、要廣泛認識并收集海內外現有的各種材料的信息和相應材料尺度。
2、在實際工作中,不斷積累經驗。
3、緊密親密和科研單位的合作,有針對性地研制閥門所需的新材料,以便拓寬選材范圍。
建國以來,我國在閥門新材料的研制上舉不勝舉,好比:為四川自然氣工程研制了耐H2S介質的閥桿材料318鋼、抗咬傷的303Se,410 Se等易切削不銹鋼、耐低溫-101℃的3.5Ni(L3)低溫鋼、耐高溫的ZG2Cr5Mo高溫鋼、耐海水侵蝕的雙相不銹鋼,鎳基合金鑄鐵,耐沖蝕和磨損的耐磨鑄鐵等。
進步閥門密封面壽命的SF-3T、SF-4T、 SF-5T等堆焊焊條。這些成果均是先提出課題或國家下達科研計劃、經有關部分配合攻關而成。
一)、材料的選用原則
因為閥門屬于受壓容器范疇,而且閥門中每個零件在閥門中起的作用也不盡相同。因此,為保證閥門的安全可靠,在閥門零件詳細選用時,公道與否至關重要。
在選用閥門零件材料時,可遵循以下幾點原則:
1、合用性:即選材時要符合相應閥門零件的使用功能。
2、可行性和經濟性:即選材料時,要立足于市場上便于采購,價格相宜,并且不能高材低用。
3、可靠性:即在選定了某種閥門零件材料后,還要進行必要的計算,考慮可能泛起的題目以及采取的相應措施,力保選用的材料知足使用功能。
4、工藝性:即在選材時,考慮加工的工藝性,以求得最佳的經濟效果。
為了更直觀、簡樸的保證閥門材料的選用公道,各國均在長期設計、制造和使用的基礎上,對通用閥門的選材進行了科學總結,并制定了相應規范下的選材尺度。例如:我國在JB/T5300-91尺度中就對一般閥門的基本材料作了具體劃定。它合用于灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、銅合金、碳素鋼、高溫鋼、低溫鋼及不銹耐酸鋼等閥門。
目前,海內外有關材料的尺度良多,在詳細閥門設計工作中,可以按需要對照相應材料尺度去選用。但對閥門特殊工況下材料選用,因為無實際經驗可鑒戒,選材較為復雜和難題,需要反復論證,并結合必要的實驗驗證。
跟著科學技術的不斷發展,很多新材料在不斷問世,這對不斷進步閥門的使用可靠性和新產品的設計開發提供了可靠基礎。
二)、材料的表示方法
因為閥門零件材料的牌號和尺度規范較多,而且各國表示方法也不一樣,因此,在圖樣設計中必需標出相應材料的詳細牌號和尺度。
閥門零件材料的表示方法基本上分我國體系和國外體系兩種。
閥門零件材料的表示方法及原則,一般采用相應的尺度規范加材料牌號的方法。好比對碳鋼鑄件:我國表示為GB/12229-89 WCB,對ASTM尺度表示為ASTM A216 WCB。
三)、閥門材料的選用
根據閥門的結構特點,閥門零件材料基本上可分為以下幾大類:
承壓件材料(閥體、閥蓋等)
內件材料(閥桿、密封面、上密封等)
栓接材料(各部位的緊固件)
密封材料(墊片、填料等)
敏捷件材料(彈簧、膜片等)
一般材料(支架、手輪、閥桿螺母等)
因為閥門的特殊性,在詳細選用閥門零件時,應側重考慮以下幾個主要因素:
介質、介質溫度、工作壓力、其它因素
下邊按閥門零件材料分類分別闡述材料的選用。
1、承壓件材料的選用
承壓件一般指承受介質內部壓力的零件,如閥體、閥蓋、端蓋等。它們是保證閥門使用強度的樞紐零件。
承壓件一般可用鍛造、鑄造或板焊材料制成。
對常規閥門材料,海內外均在相應產品尺度中作了劃定,選擇時一方面可由產品定單劃定,按相應尺度規范去選;若產品定單中未作明確劃定,則可用習慣的、成熟的材料。好比,對≤425℃的碳鋼閥門,承壓件材料均為WCB。
在選用承壓件材料時,所有承壓件并不要求采用相同材料或同類材料。但是合用的額定值應按主要承壓件確定。
基于目前各種承壓零件的使用范圍不規范,現將常用的承壓件材料選擇列表于“承壓件、閥桿、栓接及密封面材料(推薦)表”中。
需要留意的是:表中(推薦)材料不是獨一的,可根據企業詳細情況,自行決定,樞紐能保證閥門的使用機能。
2、內件材料的選用
內件指閥門內腔的主要零件,它包括密封面、閥桿和上密封座。當然,其它內部的一般零件(銷軸、遙桿、襯套等)也屬于這一范疇。
內件材料同樣承擔閥門的樞紐功能,如密封、傳遞運動功能等。
對閥門內件材料,海內外也均有相關常用尺度規范,在選用時,除定單中明確劃定外,一般可按制造廠的尺度材料規范。為了大家使用利便,對常用的閥門內件材料的選用列于“承壓件、閥桿、栓接和密封面材料(推薦)表”中。
密封面材料是影響閥門密封和使用壽命的樞紐,閥門產品必需要有相應的密封面材料標識,我國常用的密封面材料標識代號如下:
密封面材料 代號 密封面材料 代號
銅合金 T 合金鋼 H
橡膠 X 滲氮鋼 D
尼龍 N 硬質合金 Y
氟塑料 F 巴氏合金 B
襯膠 J 搪瓷 C
跟著國際市場的開放,為便于和國際接軌,現將國際上通用的密封面材料標識如下表所示:
密封面材料 標識 密封面材料 標識
鋁 AL 氯丁橡膠 CR
黃銅 BRS 丁基橡膠 IIR
青銅 BRZ 乙烯、丙烯橡膠 EPR
碳銅 CS 氟橡膠 FPM
鑄鐵 CI 硅橡膠 SI
球墨鑄鐵 DI 不銹鋼 SS
可鍛鑄鐵 MI 13鉻 CR13(D507D507Mo2Cr13)
表面硬化 HF(司太立) 18-8 18-8
整體閥座 INT 18-8Mo 18-8Mo
表面硬化鋼滲氮 SH 尼龍 MYL
石棉 ASB 聚四氟乙烯 TFE
3、栓接材料的選用
栓接主要指閥門零件之間連接用的螺栓(螺釘)、螺母等零件,盡管它屬于尺度件范疇,但在閥門中所起的安全作用是相稱重要的。因為栓接材料既要受溫度——壓力等級的限制,還可受介質、環境等因素的影響。因此,在栓接材料選用時,一定要慎重對待。
栓接材料的選用,各國均有相應的材料尺度規范,但均無硬性劃定,制造企業可根據閥門的實際使用情況選用,只要材料符合企業相應的尺度規范即可。
現將常用的栓接材料列表于“承壓件、閥桿、栓接和密封面材料(推薦)表”中。
4、密封材料的選用
閥門中各處的密封是閥門能否可靠使用的又一樞紐。目前,閥門用各類密封材料品種極多,選用時比較復雜。因為閥門結構的復雜性和特殊性,造成用于防止介質內漏和外漏的密封材料品種也多樣化。為便于系統地把握閥門密封材料的概況,現將閥門密封材料按分類法進行說明。
為了利便使用,對閥門密封副常用材料(推薦)見表3-1,對閥門中常用的墊片材料(推薦)見表3-2,對閥門中常用填料(推薦)見表3-3。
5、敏捷件材料的選用
閥門中常用的敏捷件材料有彈簧類、膜片類和波紋管類。它們可用于安全閥、減壓閥頂用為受力敏捷件使用,還可用于球閥、氣動閥頂用為彈性元件使用。
敏捷件材料基本上可分為彈簧鋼和不銹鋼兩大類。其材料分類如下表:
在實際使用中,可根據閥門的實際使用工況和機能要求針對性去選用。
6、一般材料的選用
閥門中一般材料,指用于閥門中相對次要的一般零件,如支架、壓蓋、手輪、手柄、閥桿螺母、銷軸等各種附件,這些材料的選擇相對而言,比較簡樸,在選用時只要知足零件的功能并符合企業相應的材料規范即可。



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