第二章常用閥門的結構原理及用途

2021-03-04 00:50:23 字數 4649 閱讀 5210

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,並依靠頂楔、彈簧或閘板的楔形,來增強密封效果。

它的優點是: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。

閘閥可按閘杆上螺紋位置分為兩類。

(一) 明桿式

閥桿螺紋露在上部,與之配合的閥杆螺母裝在手輪中心,旋轉手輪就是旋轉螺母,從而使閥杆公升降。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,便於操作;對於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採用較多。但螺紋外露,容易粘上空氣中的塵埃,加速磨損,故應盡量安裝於室內。

(二) 暗桿式

閥桿螺紋在下部,與閘板中心螺母配合,公升降閘板依靠旋轉閥桿來實現,而閥杆本身看不出移動。如圖2-2所示。

這種閥門的唯一優點是,開啟時閥杆不公升高,適合於安裝在操作位置受到限制的地方。它的缺點很明顯,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,有一種彈性閘閥,它能依靠閘閥的彈性變形,來彌補製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,因此許可產生一定變形。

閘閥可以做得很大,例如兩公尺口徑。但大口徑閘閥,往往需要外力來開動。圖2-8是乙個電動閘閥。

縱觀各種閘閥,可以發現,在楔式閘閥中,雙閘板式比較容易製作,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點,製造修理更簡便,對溫度的適應性稍差。各種雙閘板,都不適應於腐蝕性介質和粘性介質,所以在石油、化工管路中經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;不適用於含懸浮物和析出結晶的介質;也難於用非金屬耐腐蝕材料來製造。

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,是由於開閉過程中,密封面之間摩擦力小,比較耐用;開啟高度不大;製造容易,維修方便;不僅適用於中低壓,而且適用於高壓、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。

它的結構長度大於閘閥,同時流體阻力較大,長期執行時,它的密封可靠性也不強。一般截止閥,公稱通經不超過200公釐。

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,也可粗略調節流量,但不能當節流閥使用。

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。

直通式截止閥安裝於直線管路,由於操作方便,用得最多。但它的流體阻力大,對於阻力損失要求嚴的管路,使用直流式為好。但直流式閥杆傾斜,開啟高度大,操作不便。

直角式截止閥安裝於垂直相交的管路,常用於高壓。

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,並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,不適宜於調節流量。

旋塞閥有兩個基本形式,一種是非潤滑型的旋塞閥,它採用摩擦係數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,在操作時需提公升旋塞。

圖2-12 旋塞閥

2.4 球閥

球閥出現很早,推廣使用較晚。球閥的推廣使用,是加工技術的發展和新材料不斷出現的結果。

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;球閥的閥芯是乙個帶孔的球,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的閥門。球閥密封可靠,結構簡單,維修方便,密封面與球面常在閉合狀態,不易被介質沖蝕。目前,球閥已在石油、化工、發電、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,並壓緊密封圈。這種球閥結構簡單,密封性好。但由於球體浮動,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採用這種結構形式,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,開閉較輕便。這種結構適合於製作高壓大口徑閥門。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,因為它摩擦係數小,耐腐蝕性能優異,耐溫範圍寬闊(-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。橡膠密封效能很好,但耐壓、耐溫性能較差,只用於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,自由迴旋。如圖2-15所示。實際上,它的閥瓣是圓盤,圍繞閥座內的乙個軸旋轉。

旋角的大小,便是閥門的開閉度。這種閥門具有輕巧的特點,比其他閥門要節省許多材料;結構簡單;開閉迅速(只需旋轉90°);切斷和節流都能用;流體阻力小;操作省勁。在工業生產中,蝶閥日益得到廣泛的使用。

但它用料單薄,經不起高壓高溫,通常只用於風路、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濟,而且調節流量的效能也要好。

圖2-15 蝶閥

2.6 節流閥

節流閥,也叫針形閥,外形跟截止閥並無區別,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流量和壓力。有直角式和直通式兩種,都是手動的。

通常用於壓力降較大的場合。但它的密封效能不好,作為截止閥是不合適的。同樣,截止閥雖能短時間粗略調節流量,但作為節流閥也不行,當形成狹縫時,高速流體會使密封面沖蝕磨損,失去效用。

最常見的節流閥閥瓣為圓錐形的。如圖2-16所示。用這種閥瓣做成的節流閥也是最常見的節流閥。見圖2-17。

圖2-16 圓錐形閥瓣圖2-17 節流閥

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) 公升降式(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,裝於水平管道,閥體外形與截止閥相同,見圖2-18;另一種是立式,裝於垂直管道,圖2-19便是。

對於夾式逆止閥,是立式逆止閥的一種。

圖2-18 臥式公升降式逆止閥圖2-19 立式公升降式逆止閥

(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。這類閥門可以適合於水平管道和垂直管道,其優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。

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