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截止阀的功能与分类

发布时间:2021-07-08    访问:

截止阀的功能

 

截断

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截止阀是截断阀门中的一种,用来截断或接通管路中的介质,不宜用来调节介质的压力或流量。如果长期处于节流状态,密封面会被介质冲蚀,不能保证其密封性。

 

节流

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理论上截止阀适合于节流使用,此时阀瓣的最小

开启高度应为20%的开度;否则由流动诱发的振动可能会导致阀门的损坏。当截止阀用于节流工况时,需要更换其阀瓣,用于节流的截止阀,其阀瓣结构见“节流阀”章节。

 

 

截止阀的分类

 

截止阀的种类很多,并且有多种分类方法。

 

截止阀按照密封材料可分为软密封截止阀和金属硬密封截止阀两大类;按照阀瓣的结构形式可分为阀瓣平衡式截止阀和阀瓣非平衡式截止阀两大类;按照流道形式可分为直流通道、Z形流道、角式流道、直流流道和三通流道等。

 

软密封截止阀

 

在截止阀中,为防止软质密封件受热损坏,在软质密封件前安装了一种散热装置,它是由一块带有较大散热表面的金属片组成的。如果用于氧气的工况,这种设计还不足以防止软质密封件的起火燃烧,为防止该种阀门失效,就必须扩大阀座以外的进口通道,使进口通道的一端形成一个口袋,以便使高温气体集聚在离开密封件以外的地方。在设计软质密封面时,要着重考虑防止软质密封元件被介质压力挤出或造成位移。

 

软密封材料包括橡胶包覆阀瓣、PTFE (或其他塑料)阀座或金属阀瓣镶嵌非金属材料以及很流行的软硬双重密封阀瓣结构。这种软密封结构的阀门常用于蒸汽和气体介质,尤其是在低压铜藏止阀上使用。软密封阀门所需的关闭力极小,软密封阀瓣易于更换,只要阀座密封面没有损伤,更换阀瓣的软密封件,阀门的性能就能很快恢复如初。

 

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阀瓣包覆橡胶软密封截止阀

 

图5-36为阀瓣包覆橡胶软密封截止阀结构图及效果图,尽管阀体采用了T形结构,但是在阀体内腔进口通道侧铸造出来与水平方向呈45°的阀座,这就使得阀门的流道呈直线形,达到和直流式阀体一样的效果,介质的流通能力好;而且由于采用橡胶软密封,阀门的密封性能好。

 

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该阀门壳体采用铸铁材料,阀瓣包覆三元乙丙橡胶。

该阀门具有如下特点:

①免维护;

②低流阻,良好的流通性;

③节流功能;

④暗杆设计(内螺纹提升);

⑤阀杆螺纹在阀体外部;

⑥自对中阀杆轴承;

⑦EDD波纹管密封;

⑧双重密封保障;

⑨保温罩同时具有防结露功能;

⑩阀体可完全保温,可以节约能源。

该阀门主要用于一10~120C的热水系统、供热

系统及空调系统中。

 

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非金属镶嵌式软密封截止阀

 

图5-37为非金属镶嵌式软密封截止阀结构图,阀瓣上镶嵌聚四氟乙烯等聚合物,主要用于液化石油气站的燃气管路系统。

 

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金属密封截止阀

 

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直通式截止阀

 

直通式截止阀中的“直通”是因为它的连接端是在一条轴线上,但其流体通道并非真正意义的“直通”,而是相当曲折的。流体必须有90°转弯,方可通过阀座,然后再折回90°才能恢复到原来的方向。在铸造阀门里,通道的形状和面积由于阀门尺寸和压力额定值的不同也有所不同。其典型的结构如图5-14和图5-15所示。

 

图5-16所示为Z形通道截止阀的结构。模锻阀体或自由锻造阀体通常将进出口流道和管道中心线成一定的角度,即形成Z形流道,并且常常加工成缩径,然而缩小的孔径和曲折的流道会大大增加流体的压力损失,此外应该注意的是,转折的锐角在流体工况中会有汽蚀现象产生。

 

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角式截止阀

追溯截止阀的发展历史,最初开发的是角式截止阀,然后才逐步发展成直通式截止阀。如今虽然直通式截止阀应用得更为普遍,但角式截止阀仍有一些独特的优势。

 

角式截止阀(图5-17)允许流体流向改变90方向,流体总是从阀座底部进人。比起直通式,流道更为开放和更少曲折,因此压力损失较小。角式截止阀不容易被固体颗粒侵蚀。为了达到更好的调节特性,阀瓣可设计成爪形或裙式。由于流向的改变,阀体会受到流体反作用力的影响。这些力正常情况下不大,但由于阀门口径规格和流体密度的影响,有可能会增大。

 

小型铜合金螺纹连接角式截止阀广泛用于清洁水工况中。大多数工业用角式截止阀为螺栓阀盖式,铸钢制造,也会使用青铜、不锈钢和双相钢材料等。

 

角式截止阀常见的尺寸规格和压力等级通常为DN50~250(NPS2~10),Class 150~800。超出此范围通常会采用平衡式阀瓣,以减少流体对阀杆的轴向推力。

 

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直流式截止阀

 

直流式截止阀(图5-18) 也被称为Y形截止阀或斜式截止阀,它可成直通式和角式阀门的中间状态。为了改变直通式曲折的流体通道,把阀座孔与阀体设计成一定角度,使流道变得与轴线更平直,以减少压力损失,所以称之为“直流式”。在大多应用条件下这种结构都比较受欢迎,大量用于蒸汽系统。固体输送能力得到很大改善,但使用中还需要谨慎测试。直流式截止阀同样只具备单流向。流道有全通径和缩径之分。在不拆卸阀盖的情况下,不适合清管器清管。

 

阀瓣通常是平面的、带爪形导向的或锥形的,以满足不同工况的要求。锥形阀瓣剖面可以设计成多个锥度,以产生初级和次级节流。平面阀瓣和带爪形导向阀瓣的阀门可加装一个擦拭件,用以在密封前清洁阀座,或者在阀座上加装一个橡胶 密封件,以提高阀门的密封性能。

 

直流式截止阀通常采用铸造成形,高压阀门用锻造成形。根据不同工况需求,可选用如双相不锈钢之类的特殊材料制造。

 

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三通截止阀

 

三通截止阀(图5-38)通常用于高压系统作为换向阀使用。如电站锅炉的高温高压给水阀门。换向通常用于启动,关闭或故障时候。

 

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另一种作为换向阀较常用的工况是压力释放系统。两个安全阀装在一个三通截止阀上,当其中一个安全阀需要隔离或者维修时,另外一个安全阀可以正常运行。由于内部结构的原因,三通截止阀流阻很大。流体方向的改变会使流体在大口径三通截止阀上产生较大的反作用力。

 

三通截止阀阀体一般是铸钢或者合金钢。用于发电厂的阀门一般采用对焊连接以克服法兰连接会产生泄漏的问题。

 

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波纹管密封截止阀

 

波纹管密封截止阀如图5-39所示。

 

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抗冲刷截止阀

 

电力、石化、冶金行业所使用的排污疏水用高温高压截止阀普遍存在较为严重的内漏现象,尤其在电力系统更为严重。目前,阀门工程师及电厂技术人员都在努力通过改进阀门的结构、密封面材料等各种方法来试图解决阀门内漏问题,从而涌现出具有特殊结构的新型阀门。比较典型的结构有:硬质合金球面密封截止阀、Y形截止阀、带节流套简截止阀等,但效果并不理想。而内漏对电力生产所造成的能源损耗确实是不容忽视的。因此,根除内漏,节约能源是当今电力生产系统的当务之急。

 

通过到各电厂调研和与电厂技术人员的深人交流,发现内漏的根本原因在于阀门密封副在开关瞬间造成的冲刷。阀门在开启和关闭的瞬间,由于密封面间的间隙很小,阀门的压差(相当于阀门人口压力)很大,从而导致介质在密封副处的流速很高,使密封面处于高速介质冲刷状态下,极易引起密封面的损坏而发生泄漏。对于锅炉排污系统和疏水系统上的关断阀,由于介质为饱和水,阀门关闭或开启的瞬间,阀门所承受的压差很大,密封面间既产生严重冲刷,同时又会在节流处下游产生汽蚀,从而引起内漏。排污

 

系统和疏水系统在锅炉启动初期,特别是在新机组或大修后的机组启动过程中,介质中含有的固体颗粒(铁锈、焊渣、焊接飞溅物、气割飞溅物、氧化皮及管道或联箱内的杂物等)很多,在阀门关闭或开启瞬间,密封面间极易夹杂固体颗粒而造成压伤,引起阀门关闭不严,致使密封面很快被冲刷坏。由此可见,造成阀门内漏的原因主要是冲刷和压伤引起的。

 

针对这种现象,阀门技术人员在阀门结构上进行了大胆创新,采用双阀瓣结构,使主密封面避免了高速介质的强烈冲刷。在材料上采用钴基合金堆焊,密封面硬度可以超过45HRC,很大程度上减少了阀门的内漏问题。

 

①用途抗冲刷截止阀适用于水、汽管道上,作启闭装置。其典型应用场合为汽机疏水、给水疏水、加热器疏水、锅炉疏水、过热器疏水、对空排水、水冷壁下联箱排污和高加疏水。

 

②性能特点抗冲刷截止阀各项性能指标完全符合JB/T 3595-2002 《电站阀门- 般要求》和美国ASME相关规范的要求。

 

③工作原理和结构说明为 避免介质高速冲刷,阀门采用倒流(高进低出)结构,阀门密封副采用先节流并阻断脏物,再利用节流后的介质使密封面得到自清洁,从而彻底解决了内漏问题,具体原理如下。

 

图5-40所示为抗冲刷截止阀关闭初期,环形密封面开始节流,阻断较大固体颗粒进到阀瓣和阀座锥形密封面处,只有细小颗粒的污物还会进人到阀门锥面密封空间。此时介质的最大流速发生在阀瓣和阀座环形空间内,从而使阀广]锥面密封副避免了高速介质的冲刷。

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图5-41所示为抗冲刷截止阀节流中段,是针对图5-40位置时进人截止阀密封面上的细小颗粒物而设计的。此时介质通过阀瓣和阀座间的细小空院产生的高速气流或水流对密封面起到-一个吹扫的作用,从而使污物无法在密封面上停留,进而清洁了密封面。

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图5-42所示为抗冲刷截止阀关闭状态,从而实现了抗冲刷截止阀的全部功能。

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