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阀门技术

阀门常识

    第一章  门 简 介
    一、        我国阀门工业概况
    一九九八年全行业企业数1308个,其中合资企业11个,科研院所有一类研究所一个:合肥通用机械研究;二类研究所一个:沈阳阀门研究所;厂办研究所12个。全行业职工人数18.5万人,其中工程技术人数9200人;工业总产值100亿,工业增加值32亿,固定资产原值62.2亿,净值40.5亿,销售收入91.1亿,利税总额7.4亿,其中利润总额2.3亿;全员劳动生产率17297元/人;主要出口交货值1.5亿。
    原机械部系统门协会会员企业数139,其中合资企业5个,科研院所个数7家,职工人数8.5万人,其中工程技术人员5500人。根据1998年98家协会会员厂资料统计,工业总产值30.6亿,工业增加值9.7亿,固定资产原值31.7亿,净值20.9亿,销售收入28.7亿,利税总额1.5亿,其中利润总额1958万;全员劳动生产率15186元/人,主要产品产量11.9万吨。
    二、        阀门分类,阀门是一种通过改变其内部通道截面积来控制管路内介质流动的一种机械产品。
    1、        按用途和作用分:
    (1)截断阀类:截断阀又称闭路阀,其作用是接通或截断管路中的介质。Z、J、X、Q、D、G、放料阀、取样阀、夹管阀。
    (2)止回阀类:止回阀又称单向阀,其作用是防止管路中的介质倒流。H、底阀。
    (3)分流阀类:其作用是分配、分流或混合管路中的介质。S、分配阀。
    (4)调节阀类:其作用是调节管路中的介质流量、压力等参数。T、L、Y。
    (5)安全阀类:其作用是防止装置中的介质压力超过规定数值,从而对管路或设备提供超压安全保护。安全阀、呼吸阀。
    2、        按驱动方式分:
    (1)手动阀:靠人力操作手轮、手柄、杠杆、链轮驱动阀门。当阀门启闭力矩较大时,可在手轮和阀杆之间设置齿轮或蜗杆减速器。必要时,也可用万向接头或传动轴远距离操作。
    (2)动力驱动阀:利用各种能源进行驱动,主要包括:电动阀、气动阀、液动阀、电磁阀、气液连动等。
    (3)自动阀:自动阀不需要外力驱动,而是利用介质本身的能量来驱动阀门。H、A、Y、S、呼吸阀。
    3、        按公称压力分:
    (1)真空阀:工作压力低于标准大气压。
     粗真空:< 760~10托(1托=133.322帕)  低真空:< 10~10 -3  高真空:< 10-3~10 -8
     超高真空:< 10-8~10-12    极高真空:< 10-12
    (2)低压阀:公称压力 1.6MPa
    (3)中压阀:PN 2.5MPa、PN4.0MPa、PN6.4MPa
    (4)高压阀:PN10.0MPa、16.0MPa 、PN22.0MPa、PN32.0MPa 、PN42.0MPa、PN64.0MPa
    (5)超高压阀:PN大于100.0MPa
    4、        按工作温度分:
    (1)高温阀:工作温度高于 425 ℃
    (2)中温阀:工作温度高于 200 ~ 425℃
    (3)常温阀:工作温度高于 –29~200℃
    (4)低温阀:工作温度低于 –29~ -196 ℃
    5、        按公称通径分:
    (1)小通径阀门:DN≤ 40MM
    (2)中通径阀门:DN50~300MM
    (3)大通径阀门:DN350~1200MM
    (4)特通径阀门:DN ≥ 1400MM
    6、        按连接方法分:
    (1)螺纹连接阀门:阀体带有内螺纹或外螺纹与管道连接
    (2)法兰连接阀门:阀体带有法兰与管道连接
    (3)焊接连接阀门:阀体带有焊接坡口内与管道连接
    (4)卡箍连接阀门:阀体带有夹口与管道夹箍连接
    (5)卡套连接阀门:与管道采用卡套连接
    (6)对夹连接阀门:用螺栓直接将阀门及两端管道穿夹在一起的连接方式。
    7、        按主体材料分:
    (1)金属材料阀门:HT、CS、P、T、AL。
    (2)非金属材料阀门:塑料、陶瓷、搪瓷、玻璃钢阀门。
    (3)金属阀体衬里阀门:衬胶、衬塑、衬陶瓷。♂ 
    三、        阀门参数
    1、        基本参数:PN、DN、T、介质、连接方式、驱动方式、主体材料。
    2、        各类阀门公称通径、公称压力范围:
    (1)闸阀:DN15~1800MM、PN45MPa
    (2)截止阀:DN3~400MM、PN600MPa
    (3)旋塞阀:DN15~150MM、PN MPa
    (4)球阀:DN15~800MM、PN10MPa
    (5)蝶阀:DN100~3000MM、PN10MPa
    (6)隔膜阀:DN15~400MM、PN1MPa
    (7)止回阀:DN15~1800MM、PN45MPa
    (8)节流阀:DN10~150MM、PN10Mpa
    (9)安全阀:DN10~200MM、PN32Mpa
    (10)疏水阀:DN10~100MM、PN16Mpa
    (11)减压阀:DN20~300MM、PN10Mpa
    (12)调节阀:DN10~300MM、PN32Mpa
    (13)取样阀:DN10~80MM、PN32MPa
    四、        阀门型号编制方法及供货要求:
    1、        阀门型号编制方法:最基本的是JB308-75,但是现在已经不够用,有相当一部分不能包含在这个标准中。所以,本标准急需修订。
    2、        国外阀门型号编制方法:各国都没有统一的标准,各生产厂家自行编号。
   例如:3/4“800LB TS A182F304L/304L
   (1)DN(2) PN  (3)一端螺纹另一端承插焊(4)主体材料 (5)密封面材料
    3、        阀门电动装置型号编制方法:JB/T8530-1997
    4、        通用阀门供货要求:JB/T7928-1999
    5、        阀门标志:GB/T12220
    6、        阀门的基本性能
    (1)强度性能:即承压能力,是PN的1.5倍。
    (2)密封性能:阀门阻止内漏、外漏的能力,是PN的1.1倍。
    (3)流阻系数:介质流过阀门时的压力损失。
    (4)动作性能:
    A、启闭力和启闭力矩,填料力、磨擦力、介质力、加工精度。
    B、启闭速度,完成一次开启、关闭动作所需的时间。
    C、动作灵敏感性和可靠性,主要指自动阀门:L、Y、T、A、S、H。
    (5)使用寿命:阀门的耐久性。
    五、        各类阀门的特点及阀门选用
    1、        闸阀的特点:
    (1)流动阻力小,介质在流道内是直通的,不改变流动方向。
    (2)结构长度较小,相对于截止阀而言。
    (3)启闭较省力,启闭时闸板运动方向与介质流动方向相互垂直。
    (4)介质流动方向不受限制,介质从闸阀两侧任意方向流过闸阀,均能达到接通或截断的目的,适用于介质流动方向改变的管路中。方便按装。
    (5)高度大,启闭时间长。
    (6)密封面容易擦伤,
    (7)零件多,结构复杂,制造成本高。
    (8)不适用于含有固形物的介质
    2、        截止阀的特点:
    (1)结构简单,维修方便。
    (2)密封面磨损及擦伤较轻,密封性好,使用寿命长。
    (3)启闭时,阀瓣行程小,阀门总高度。
    (4)启闭力矩大,关闭力包 介质压力的确反作用力和密所必需的力两部分。
    (5)流动阻力大,阀体内介质通道曲折,消耗能量大。
    (6)既然流动方向受限制,只能单向流动,不能改变流动方向。
    3、        旋塞阀的特点:
    (1)结构简单,零件少,体积小,重量轻。
    (2)流动阻力小
    (3)启闭迅速,阀瓣旋转四分之一圈。
    (4)启闭费力,密封面面积大,阀瓣转动时阻力大。
    (5)密封面面积大,而且是锥面,加工难度大。使用中易磨损,难于保证密封。
    (6)使用温度受到限制。
    4、        球阀的特点:
    (1)中小口径球阀,结构简单,体积小,重量轻。
    (2)流动阻力小
    (3)启闭迅速,阀瓣旋转四分之一圈。
    (4)全开时,密封面不会受到介质的冲蚀。
    (5)启闭费力,球体转动时阻力大。
    (6)使用温度受到限制。
    5、        蝶阀的特点:
    (1)结构简单,体积小,重量轻。
    (2)流动阻力小
    (3)启闭迅速,阀瓣旋转四分之一圈。
    (4)调节性能好,可以用于控制流量。
    (5)加工要求高,装配后调节余度小。
    6、        隔膜阀的特点:
    (1)最突出的特点是隔膜把下部阀体内腔和上方阀盖内腔隔开,使位于隔膜上方的阀杆、阀瓣等零件不受介质腐蚀,且不回产生外漏,省去了填料涵密封结构。
    (2)密封性好,但隔膜使用寿命短,需经常更换。
    (3)使用温度和压力受到限制,只能用于低压常温。
    7、主要品种市场销量见下表:
      销量
      结构
阀类        “九五”末期阀门销量结构        预测“十五”末期销量结构
        占高中
压阀%        占全国
总产值%        销 量
吨        占高中压阀%        占全国总产值%        销 量

高中压阀门   
        闸  阀     46.6       9.32       93,200       44.0        9.6       110,000   
        截止阀     17.0       3.4        34,000       15.0        3.2        37,000
        止回阀      4.0       0.8         8,000        4.0        0.87       10,000
        球  阀      5.9       1.18       11,800        6.0        1.3        15,000
        蝶  阀      0.4       0.008         800        1.0        0.22        2,500
        旋塞阀      0.2       0.004         400        0.4        0.87        1,000
        安全阀      5.0       1.0        10,000        6.0        1.3        15,000
        减压阀      1.0       0.2         2,000        1.0        0.22        2,500
        疏水阀      0.4       0.08          800        0.5        0.11        1,250
        电站阀      8.5       1.7        17,000        9.0        2.0        22,750
        其  它     11.0       2.2        22,000        13.1       2.8        32,750
 
低压阀门     
        闸  阀     42.0      33.6       336,000        40.0      31.3       360,000
        截止阀     12.0       9.6        96,000        10.0       7.8        90,000
        止回阀      6.6       5.3        53,000         6.0       4.7        54,000
        球  阀      2.2       1.8        18,000         3.0       2.3        27,000
        蝶  阀     26.0      20.8       208,000         30.0      2.3       270,000
        旋塞阀      1.9       1.5        15,000         2.0       1.6        18,000
        安全阀      1.7       1.4        14,000         2.0       1.6        18,000
        减压阀      0.6       0.5         5,000         1.0       0.8         9,000
        疏水阀      0.3       0.2         2,000         1.0       0.8         9,000
        其  它      6.7       5.6        54,000           5       3.9        45,000♂ 
 
    六、        阀门材料、
    (一)        阀门主体材料选用:
    1、        塑料类材料和玻璃钢类:耐腐蚀、适用温度低、适用压力低、材料强度低。
    2、        陶瓷、搪瓷类:耐腐蚀、适用温度高、适用压力低、加工困难。
    3、        铸铁类:成本低、加工容易、适用温度低、适用压力低。
    适用介质主要有:水、油品。
    4、        碳钢类:加工容易、适用温度高、适用压力高。
    适用介质主要有:水、油品、蒸汽。
    5、        不锈钢类:耐腐蚀、适用温度范围广、适用压力高、加工容易、材料强度高。耐腐蚀性能分为两类:
    (1)氧化性介质:18-8系材料
    (2)还原性介质:Cr-Ni-Mo系材料
    6、        高温钢:Cr5Mo为例,耐高温、加工困难,特别是铸造性能、焊接性能差,成品率很低。
    7、        低温钢:LCB、LCC、18-8系。
    (二)        阀门填料材料选用:
    1、        填料选用主要要素:温度、介质、阀杆材料、阀杆处理情况。
    2、        温度在150℃以下的阀门,阀门填料优先选用 F-4,包括成型填料、编织填料。
    3、        温度在150~300℃的阀门,阀门填料优先选用碳纤填料
    4、        温度在300℃以上的阀门,阀门填料优先选用复合填料
    (三)        阀门垫片材料选用:
    1、垫片选用主要要素:温度、介质种类、介质压力。
    2、温度在150℃以下的阀门,阀门垫片优先选用 F-4 。
    3、温度在150℃以上的阀门,阀门垫片优先选用石棉板
    4、压力在20MPa的阀门,阀门垫片优先选用金属垫片
    七、        阀门标准:
    (一)        阀门标准分类:
    1、        基础标准
    2、        材料标准、
    3、        产品标准
    4、        检验标准
    (二)        法兰体系:
    (1)中国标准:GB9113、JB78~82-59、HG  SH3464
    (2)美国标准:ANSI B 16.1、ANSI B 16.42、ANSI B 16.24
    (三)压力-温度级:
    1、中国标准:
    (1) 钢 :GB9113
    (2)灰铸铁:GB4216。1
    (3)球墨铸铁法兰:GB12386
    (4)球墨铸铁阀门:GB12232
     2、美国标准:
    (1) 钢 :ANSI B 16.34
    (2) 灰 铸 铁:ANSI B 16.1
    (3) 球墨铸铁:ANSI B 16.42
    (4) 青    铜:ANSI B 16.24
     3、压力-温度级:
    10KG/cm2的概念
    150LB的概念
    ( 四)、必须强制指行的标准
    1、        连接尺寸标准:法兰、螺纹、对焊口、承插焊口、卡套、卡箍、电动装置连接尺寸等。
    2、        阀门结构长度标准:各类阀门都有标准规定。
    3、        阀门材料标准。零部件材料必须符合相关标准规定。
    4、        阀门检验标准。API598、JB/T9092、GB/T13927♂ 
    八、        阀门驱动装置
    (一)        阀门驱动装置的基本要求:
    1、        阀门对驱动装置的要求:
     为了使阀门和驱动装置协调工作,形成一个完善的主体,必须保证驱动装置的技术特性完全满足阀门操作特性的要求。下面分别从阀门操作特性和使用条件等因素,分析阀门对驱动装置提出的技术要求。
    (1)应具有使阀门可靠工作的输出转矩或力,驱动装置的最大输出转矩或力与配用阀门所需的转矩或力相适应,才能保证阀门可靠工作。阀门和驱动装置是两个不同的主体,两者的加工、装配、安装等条件对其操作特性都有很大影响,阀门的工作介质、温度、环境高温多尘、操作时间间隔过长等,都会使阀门的操作转矩发生很大变化。因此,在选用阀门驱动装置时,阀门驱动装置的输出转矩一定要有一定的裕量,而又不能超过阀门零部件的允许强度极限,一般应以阀门实际需要最大负荷的1.2~1.5倍为宜。
    (2)应能保证启闭阀门具有不同的操作转矩,对大多数阀门来说,阀门关闭后再次开启时所需的转矩比关闭阀门时所需的转矩要大得多,这个数据一般是50% ,在某些情况下,这个操作转矩的数值可能会更大。
    (3)能提供关闭阀门所需的密封力,强制阀门密封所必需的力,产生必需密封比压是密封的首要条件。各种阀类如何计算下次有机会再谈。
    (4)证启闭应能保阀门所要求的行程
    (5)证启闭应能保阀门所要求的重复精度
    (6)应具有合适的操作速度
    (7)应配备附设机构:手动操作、过载保护、开度指示、信号发送等。
    2、        驱动装置对阀门的要求
    (1)性能优越的阀门应该是体积小、重量轻、性能稳定、工作可靠、效率高、能耗低。
    (2)阀门结构应适应驱动装置操作,最典型的问题是热膨胀影响,阀门关闭后,介质温度的变化使得阀体、阀杆、阀瓣产生膨胀差,由于阀杆和阀杆螺母是自锁的,这个膨胀差使得阀杆的轴向推力增大。轴向推力增大使得阀杆和阀杆螺母自锁的更紧,甚至于出现阀瓣咬死的情况。一旦出现这种情况,驱动装置将无法打开阀门。所以,阀门的结构一定要避免出现这种情况。
    3、        选择驱动装置的原则
    (1)手动操作机构的转动方向、
    (2)应能适应生产过程的环境条件,IP级、防爆。
    (3)应能脱离阀门安装,
    (4)减轻劳动强度、
    (5)实现远距离操作、
    (6)提高自动化水平、
    (7)正确选择能源、
    (二)阀门驱动装置的分类及特点:
    1、        手动阀门驱动装置:当操作力距大于己于1000NM时,手动阀门驱动装置的主要结构型式有:
    (1)蜗杆类:体积小,效率低、减速比大、具有自锁性。
    (2)伞齿轮类:体积大,效率高、减速比小、不具有自锁性。
    (3)链轮类:适用于高空、或其它操作不方便的场合,一般用于阀杆水平按装的阀门。
    (4)撞击式手轮:适用于操作力矩在100KG-M的左右的阀门。
    (5)万向连轴节:适用于阀门不在主操作层、或其它操作不方便的场合,一般用于阀杆垂直按装的阀门。
    2、        电动阀门驱动装置:分为电机式和电磁式两种,电机式应用比较广。其结构特点主要有:
    (1)适性强,受环境温度影响比较小。
    (2)输出转矩范围广。
    (3)控制方便,可以采用直流、交流、短波、脉冲、等各种信号。
    (4)具有机械自锁性。
    (5)安装、维护检修方便。
    (6)结构复杂
    (7)机械效率低,一般在 25~60%
    (8)容易受电源电压波动的影响。
    3、        气动阀门驱动装置:分为隔膜式、气缸式、叶片式等几种,主要特点有:
    (1)结构简单,
    (2)能得到较高的开关速度
    (3)可安装调速器,使开关速度按需要进行调节。
    (4)气体压缩比大,关闭时有弹性,避免阀瓣撞击阀座。
    (5)由于安全的要求,气体压力不能太高,所以不适用于大口径高压阀门。
    4、        液动阀门驱动装置:分为液压缸缸式和液压马达式,主要特点有:
    (1)结构简单、紧凑,体积小。
    (2)输出力大,
    (3)液压油有粘性,有自润滑和防锈性能。
    (4)液压元件和管道容易渗漏。
    (5 )配管、维修不方便。
    九、        阀门发展趋势、
    从整个阀门市场来看,过去主要采用闸阀、截止阀用作主要切断阀门。近几年来随着金属密封双偏心及三偏心蝶阀和金属密封球阀等新产品研制成功,在石油化工、电力、冶金等方面的采用也逐渐增多,取代了一部分闸阀和截止阀。石油管道和天然气管道大部分用球阀和平板闸阀,便于清管。城市供水和供热系统中原来采用的闸阀和截止阀,有一部分已逐渐被蝶阀和软密封闸阀所取代。在整个阀门市场中,随着科学技术的不断发展,呈现如下特点:
    1、        蝶阀和球阀由于研制成金属密封结构后,其温度和压力范围得到了扩大,将逐渐取代一部分闸阀和截止阀。
    2、        对夹式止回阀,安装方便,体积小,也得到广泛采用,将取代一部分升降式止回阀和旋启式止回阀。
    3、        大口径止回阀方面,缓闭蝶形止回阀将取代大口径旋启式止回阀。
    4、        蒸汽疏水阀方面,自由浮球式以其背压高、漏汽量小和动作可靠等特点将取代动作时噪声大和漏汽量大的圆盘式蒸汽疏水阀。
    5、        电动装置将采用传感器和光电管结构的智能型电动装置,用于阀门的智能化控制,满足阀门程控、群控自动化系统的需求。

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