閥門選型設(shè)計指南

1、第1章 閥門的基礎(chǔ)知識1.1 概述 閥門是流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，具有截斷、調(diào)節(jié)、導流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能。1.2 閥門用途 閥門是一種管路附件。它是用來改變通路斷面和介質(zhì)流動方向，控制輸送介質(zhì)流動的一種裝置。1.3 閥門分類 閥門的種類繁多，隨著各類成套設(shè)備工藝流程的不斷改進，閥門的種類還在不斷增加。但總的來說可分為兩大類。 1）自動閥門。依靠介質(zhì)（液體、空氣、蒸汽等）本身的能力而自行動作的閥門。如安全閥、減壓閥、止回閥、疏水閥等。 2）驅(qū)動閥門。借助手動、電力、液力或氣力來操縱啟閉的閥門。如閘閥、截止閥、節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥、蝶閥、球閥等 此外，閥門還有以下幾種分類方法。（1

2、）按結(jié)構(gòu)特征，即根據(jù)關(guān)閉件相對于閥座的移動方向可分為： 1）截門形：關(guān)閉件沿著閥座的中心線移動，如圖1-1所示。 2）閘門形：關(guān)閉件沿著垂直于閥座中心線的方向移動，如圖1-2所示。 3）旋塞和球形：關(guān)閉件是柱塞或球體，圍繞本身的軸線旋轉(zhuǎn)，如圖1-3所示。 4）旋啟形：關(guān)閉件圍繞閥座外的軸線旋轉(zhuǎn)，如圖1-4所示。 5）蝶形：關(guān)閉件為一圓盤，圍繞閥座內(nèi)的軸線旋轉(zhuǎn)（中心式）或閥座外的軸線旋轉(zhuǎn)（偏心式），如圖1-5所示 6）滑閥形：關(guān)閉件在垂直于通道的方向上滑動，如圖1-6所示。（2）按閥門的用途不同可分為： 1）接通或截斷管路中的介質(zhì)。如閘閥、截止閥、球閥、旋塞閥、隔膜閥、蝶閥等。 2）調(diào)節(jié)、控制管

3、路中介質(zhì)的流量和壓力。如節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥、減壓閥、安全閥等。 3）改變管路中介質(zhì)流動的方向。如三通或四通球閥、旋塞閥等。 4）阻止管路中的介質(zhì)倒流。如各種不同結(jié)構(gòu)的止回閥、底閥等。 5）分離介質(zhì)。如各種疏水閥等。6）指示和調(diào)節(jié)液面高度。如各種疏水閥等。 7）其他特殊用途。如溫度調(diào)節(jié)閥、流量調(diào)節(jié)閥等。1.4 閥門的壓力和結(jié)構(gòu)長度 閥門的公稱壓力 閥門的公稱壓力PN是一個用數(shù)字表示的與壓力有關(guān)的標示代號，是僅供參考用的一個方便的圓整數(shù)。同一公稱壓力（PN）值所標示的同一公稱通徑（DN）的所有管路附件具有與端部連接形式相適應的同一連接尺寸。PN的單位以MPa表示。 歐、美各國慣用Class表示公稱壓力

4、。Class和公稱壓力PN的對照，可參見下表， 閥門的結(jié)構(gòu)長度 閥門的結(jié)構(gòu)長度是指閥門與管道連接的兩個端面（或中心線）之間的距離，用字母L表示，其單位為mm，如下圖所示。閥門的結(jié)構(gòu)長度對用戶的維修有直接影響，特別是在已經(jīng)固定的管線上，要使同類型、同公稱壓力、同規(guī)格的閥門能夠互換，因此，結(jié)構(gòu)長度必須是標準的。國內(nèi)船用閥門的結(jié)構(gòu)長度標準采用GB11698-89船用法蘭連接金屬閥門的結(jié)構(gòu)長度（本標準由大連造船廠主編。標準適用于公稱通徑為10 800mm，公稱壓力為0.1 6.4MPa，法蘭連接尺寸按GB2501的船用金屬閥門的設(shè)計、制造和驗收。本標準參照采用ISO5752-82）。注：GB11698

5、-89船用法蘭連接金屬閥門的結(jié)構(gòu)長度 可在我們外部服務器圖書館中船用閥門手冊里查到。第2章 閥門的選擇2.1 閥門的類型在選擇閥門類型的同時，應首先了解每種類型閥門的結(jié)構(gòu)特點和它的性能。閥門啟閉件有四種運動方式，即閉合式、滑動式、旋轉(zhuǎn)式、夾緊式，每種運動方式都有其優(yōu)缺點。各種運動方式的優(yōu)缺點見下表。2.1.1 截止閥（Globe Valve）.1 概述截止閥是指關(guān)閉件（閥瓣）沿閥座中心線移動的閥門。根據(jù)閥瓣的這種移動形式，閥座通口的變化是與閥瓣行程成正比例關(guān)系。由于該類閥門的閥桿開啟或關(guān)閉行程相對較短，而且具有非?？煽康那袛喙δ?，又由于閥座通口的變化與行程成正比例關(guān)系，非常適合于對流量的調(diào)節(jié)。

6、因此，這種類型的閥門非常適合作為切斷或調(diào)節(jié)以及節(jié)流使用。截止閥可以安裝在水平管路上，也可以安裝在垂直管路上。截止閥最明顯的優(yōu)點是：由于截止閥瓣開與關(guān)之間行程小，密封面又能承受多次啟閉，因此它很適用于需要頻繁開關(guān)的場合；由于只有一個密封面，因而制造工藝性比較好，便于維修。截止閥的缺點是：由于流阻系數(shù)比較大，因此造成壓力損失，特別是在液壓管系和設(shè)備中，這種壓力損失尤為明顯；由于開啟和關(guān)閉力矩較大、結(jié)構(gòu)長度較長，通常公稱通徑都限制在250mm以下。.2 截止閥的分類1.按結(jié)構(gòu)形式分類（1）上螺紋閥桿截止閥。這種截止閥的應用比較普遍。它的閥桿螺紋在殼體的外面，不與工作介質(zhì)直接接觸，這樣可以使閥桿螺紋不

7、受介質(zhì)的侵蝕，同時也便于潤滑，操作省力，如下圖所示。（2）下螺紋閥桿截止閥。這種截止閥的閥桿螺紋在閥體的內(nèi)部，與介質(zhì)直接接觸，不僅無法潤滑，而且易受介質(zhì)侵蝕，此種結(jié)構(gòu)的截止閥，多用在公稱通徑比較小和介質(zhì)工作溫度不高的地方，如下圖所示。（3）直通式或直角式截止閥2.按密封形式分類（1）平面密封。閥體密封面與閥瓣密封面均由平面構(gòu)成。這種密封面便于機械加工，制造工藝簡單（2）錐面密封。閥體密封面與閥瓣密封面均制成圓錐形。這種密封省力，亦可靠，介質(zhì)中的雜物不易落在密封面上。（3）球面密封。閥體密封面制成很小的圓錐面，而閥瓣是可以靈活轉(zhuǎn)動的、硬度較高的球體。這種密封使用于高溫、高壓場合，并且只適用較小口

8、徑的閥門。.2 截止閥的選用原則 截止閥是應用最廣的閥類之一，其選用原則是：（1）管路上對流阻要求不高的管路上。即對壓力損失考慮不大的地方。（2）小型閥門可選用截止閥，如針閥、儀表閥和取樣閥等。（3）有流量調(diào)節(jié)或壓力調(diào)節(jié)，但對調(diào)節(jié)精度要求不高，而且管路直徑又比較小的地方。 閘閥（Gate Valve）.1 概述閘閥在各類閥門中也是應用比較廣泛的一種。閘閥是指關(guān)閉件（閘板）沿通道軸線的垂直方向移動的閥門，在管路上主要作為切斷介質(zhì)用，即全開或全關(guān)使用。一般，閘閥不可作為調(diào)節(jié)流量使用。它可以適用低溫低壓也可以用于高溫高壓等多種場合。閘閥具有如下優(yōu)點：（1）流體阻力??；（2）啟、閉所需力矩較??；（3）

9、介質(zhì)的流向不受限制；（4）全開時，密封面受工作介質(zhì)的沖蝕比截止閥??；（5）形式結(jié)構(gòu)比較簡單，制造工藝性較好；（6）結(jié)構(gòu)長度比較短閘閥的缺點如下：（1）外形尺寸和開啟高度都較大，所需安裝的空間亦較大；（2）在啟閉過程中，密封面間有相對摩擦，磨損較大，甚至在高溫時容易引起擦傷現(xiàn)象；（3）一般閘閥都有兩個密封面，維護困難；（4）啟、閉時間長。閘閥有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，閘閥可分為平板閘閥和楔式閘閥，升降桿（明桿）閘閥和旋轉(zhuǎn)桿（暗桿）閘閥，船用閘閥普遍選用明桿式。閘閥只有直通式且沒有節(jié)流作用，閘閥可以安裝在水平管路上，也可以安裝在垂直管路上。.2 平板閘閥平板閘閥是一種關(guān)閉件為平行閘板的滑動閥，其關(guān)閉件

10、可以是單閘板或是其間帶有撐開機構(gòu)的雙閘板。閘板向閥座的壓緊力是由作用于浮動閘板或浮動閥座的介質(zhì)壓力來控制。如果是雙閘板平板閘閥，則兩閘板間的撐開機構(gòu)可以補充這一壓緊力。帶有導流孔的平板閘閥安裝在管路上還可直接用清管器進行清管。平板閘閥的優(yōu)點是流阻小，耐高壓，可用于帶懸浮顆粒的介質(zhì)，如泥漿。平板閘閥的缺點是當介質(zhì)壓力低時，金屬密封面的密封力不足以達到最優(yōu)的密封效果。而且，閘板在切斷高速和高密度介質(zhì)流時，會產(chǎn)生劇烈的振動。平板閘閥適用的場合：在船舶行業(yè)，平板閘閥主要用于石油、天然氣的開采井口裝置，選用暗桿浮動閥座帶導流孔的單閘板或雙閘板的平板閘閥，多為API 6A標準；帶有懸浮顆粒介質(zhì)的管道，選用

11、刀形平板閘閥。其平板閘閥的典型結(jié)構(gòu)可參見下圖。.3楔式閘閥楔式閘閥使用楔形閘板的目的是為了提高輔助的密封載荷，以使金屬密封的楔式閘閥既能保證高的介質(zhì)壓力密封，也能對低的介質(zhì)壓力進行密封。楔式閘閥的閥體上設(shè)有導向機構(gòu)，可防止閘板在開啟或關(guān)閉時旋轉(zhuǎn)，從而保證密封面相應對準，以減少密封面的磨損。但是楔式閘閥無法設(shè)置導流孔，且閥桿的熱膨脹也會使密封面過載；楔式閘閥的密封面比平板閘閥更容易夾雜流動介質(zhì)所帶的固體顆粒。和平板閘閥一樣，楔式閘閥也不適用于進行節(jié)流。通常，使用條件或要求密封性可靠，高壓、低壓、低噪音、有氣穴和汽化現(xiàn)象的地方，推薦使用楔式閘閥。另外，楔式閘閥主要是用于開關(guān)次數(shù)較少的場合。其楔式閘

12、閥的典型結(jié)構(gòu)可參見下圖。2.1.3 蝶閥（Butterfly Valve）.1 概述蝶閥是用圓盤式啟閉件往復回轉(zhuǎn)90°左右來開啟、關(guān)閉和調(diào)節(jié)流體通道的一種閥門。蝶閥不僅結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、材料耗用省，安裝尺寸小，而且驅(qū)動力矩小，操作簡便、迅速，并且還可同時具有良好的流量調(diào)節(jié)功能和關(guān)閉密封特性，是近十幾年來發(fā)展最快的閥門品種之一。蝶閥在完全開啟時，具有較小的流阻，當開啟在大約15°至70°之間時，又能進行靈敏的流量控制，因而在大口徑的調(diào)節(jié)領(lǐng)域，蝶閥的應用非常普遍，并將逐步成為主導閥型。由于蝶閥閥板的運動帶有擦拭性，故大多數(shù)蝶閥可用于帶懸浮固體顆粒的介質(zhì)，依據(jù)密

13、封件的強度也可以用于粉狀和顆粒狀介質(zhì)。蝶閥可以水平安裝，也可以豎直安裝。.2 蝶閥的分類1.按結(jié)構(gòu)形式分類（1）中心密封蝶閥（2）單偏心密封蝶閥（3）雙偏心密封蝶閥（4）三偏心密封蝶閥2.按密封面材質(zhì)分類（1）軟密封蝶閥（2）金屬硬密封蝶閥3.按連接方式分類（1）對夾式蝶閥（2）法蘭式蝶閥（3）吊耳式蝶閥（4）焊接式蝶閥（5）卡箍式蝶閥.3 蝶閥的密封原理1.中線蝶閥的密封原理其密封原理為，閥板加工時保證起密封面具有合適的表面粗糙度值，合成橡膠閥座在模壓成形時形成密封面合適的表面粗糙度值。閥門關(guān)閉時，通過閥板的轉(zhuǎn)動，閥板的外圓密封面擠壓合成橡膠閥座，使合成橡膠閥座產(chǎn)生彈性變形而形成彈性力作為閥

14、門的密封。中線蝶閥的典型密封結(jié)構(gòu)如下圖：2.單偏心密封蝶閥的密封原理（1）結(jié)構(gòu)特性。閥板的回轉(zhuǎn)中心（即閥門軸中心）位于閥體的中心線上，且與閥板密封截面形成一個尺寸偏值。如下圖所示。（2）密封原理。由于閥板的回轉(zhuǎn)中心（即閥門軸中心）與閥板密封截面按偏心設(shè)置，使閥板與閥座上的密封面形成一個完整的整圓，因而在加工時更易保證閥板與閥座密封面的表面粗糙度值。以下是單偏心蝶閥的幾種常用結(jié)構(gòu)圖。（3）單偏心密封蝶閥的特點。1）結(jié)構(gòu)較中線型密封蝶閥復雜，成本稍高；2）密封性能較中線型密封蝶閥更好；3）使用壽命較中線型密封蝶閥更長，正向受壓也較高。 旋塞閥（Plug Valve）旋塞閥是關(guān)閉件成柱塞形的旋塞閥，

15、通過旋轉(zhuǎn)90°使閥塞上的通道口與閥體上的通道口相通或分開，實現(xiàn)開啟或關(guān)閉的一種閥門。閥塞的形狀可成圓柱形或圓錐形，如下圖所示。旋塞閥最適合于作為切斷和接通介質(zhì)以及分流使用，但是依據(jù)使用的性質(zhì)和密封面的耐沖蝕性，有時也可用于節(jié)流。由于旋塞閥密封面之間運動帶有擦拭作用，而在全開是可完全防止與流動介質(zhì)的接觸，故它通常也能夠用于帶懸浮顆粒的介質(zhì)。旋塞閥廣泛的應用于油田開采和輸送設(shè)備上，同時也可以作為放泄閥來使用。旋塞閥可以水平安裝，也可以垂直安裝。旋塞閥連接方式可以分為：1）法蘭式2）螺紋式3）焊接式4）卡箍式5）卡套式 球閥（Ball Valve）2.1.5.1 概述球閥是由旋塞閥演變而來

16、的，它的啟閉件為一個球體，利用球體繞閥桿的軸線旋轉(zhuǎn)90°實現(xiàn)開啟和關(guān)閉的目的。球閥在管道上主要用于切斷、分配和改變介質(zhì)流動方向，設(shè)計成V形開口的球閥還具有良好的流量調(diào)節(jié)功能。球閥不僅結(jié)構(gòu)簡單、密封性好，而且在一定的公稱通徑范圍內(nèi)體積小、重量輕、材料耗用少、安裝尺寸小，并且驅(qū)動力矩小，操作簡便、易實現(xiàn)快速啟閉，是近十幾年來發(fā)展最快的閥門品種之一。球閥可以水平安裝，也可以垂直安裝。球閥的優(yōu)點是：（1）具有最低的流阻（可以考慮為零）；（2）可以應用于腐蝕性介質(zhì)和低沸點液體中；（3）在較大的壓力和溫度范圍內(nèi)，能實現(xiàn)完全密封；（4）可實現(xiàn)快速啟閉，操作無沖擊；（5）球閥關(guān)閉件能在邊界位置上自動

17、定位；（6）結(jié)構(gòu)緊湊，布置方便球閥最主要的閥座密封圈材料就是聚四氟乙烯（PTFE），它對幾乎所有的化學物質(zhì)都是惰性的，且具有摩擦系數(shù)小、性能穩(wěn)定、不易老化、溫度適用范圍廣和密封性能優(yōu)良的綜合性特點。球閥在完全開啟時，流阻很小，幾乎等于零，因此等徑球閥廣泛應用于石油天然氣和液壓油管線中，并且容易清掃管線。由于球閥的球體在啟閉過程中帶有擦拭性，故大多數(shù)球閥可用于帶懸浮固體顆粒的介質(zhì)中，依據(jù)密封圈的材料也可用于粉狀和顆粒狀的介質(zhì)。2.1.5.2 球閥的分類球閥可以分為浮動式球閥和固定式球閥，如下圖所示。（1）浮動式球閥浮動式球閥的閥體內(nèi)有兩個閥座密封圈，在它們之間夾緊一個球體，球體上有通孔，通孔的直

18、徑等于管道的內(nèi)徑，稱全徑球閥；通孔的直徑小于管道的內(nèi)徑，稱縮徑球閥。球體借助于閥桿可以自由地在閥座密封圈中旋轉(zhuǎn)。在開啟時，球孔與管道孔徑對準，以保證管道工作介質(zhì)阻力最小，閥球靠加給兩閥座密封圈的預緊力和介質(zhì)壓力將球體緊緊壓在出口端的閥座密封圈上，從而保證閥門完全密封，這種密封屬于強制密封。浮動式球閥主要用于小口徑，中低壓力的場合。（2）固定式球閥固定式球閥主要使用與高壓大口徑的球閥中。這種球閥可以將底部的支承作用力從閥座密封圈傳遞到球體的半軸上，這樣子可以大大減少操縱閥門所需的轉(zhuǎn)矩，這是固定式球閥與浮動式球閥的最根本的區(qū)別所在。 止回閥（Check Valve）.1 概述止回閥又稱為逆流閥或單

19、向閥。這類閥門是靠管路中介質(zhì)本身的流動產(chǎn)生的力而自動開啟和關(guān)閉的，屬于一種自動閥門。止回閥的主要作用是防止介質(zhì)倒流，一般來講，泵的出口都需要安裝止回閥。止回閥根據(jù)材質(zhì)的不同，可以適用于各種介質(zhì)的管路上。止回閥在關(guān)閉的瞬間會產(chǎn)生可能對管路系統(tǒng)有破壞作用的“水錘”現(xiàn)象。水錘是壓力管道中瞬變流動中的一種壓力波，它是由于壓力管道中流體流速的變化而引起的壓力升躍或下降的水力沖擊現(xiàn)象。其產(chǎn)生的物理原因是流體的不可壓縮性、流體運動慣性與管材彈性的綜合作用結(jié)果。.2 止回閥的分類止回閥幾乎是所有船用泵件不可缺少的機械元件，其種類也是很多的。1.按結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù)止回閥結(jié)構(gòu)及其關(guān)閉件與閥座的相對位移方式，止回

20、閥可以分為：（1）旋啟式止回閥。這類止回閥的關(guān)閉件閥瓣繞置于閥座外的銷軸旋轉(zhuǎn)，如下圖。旋啟式止回閥是最常用的一種止回閥，它可以水平安裝或垂直向上安裝（管路的流向由下至上），多用于口徑較大的場合。（2）升降式止回閥。這類止回閥的關(guān)閉件閥瓣沿著閥體中腔軸線移動，如下圖。以上兩種升降式止回閥只能用于水平管道的安裝，多用于小口徑、空氣介質(zhì)的場合。（3）蝶型止回閥。蝶型止回閥是閥瓣圍繞閥座內(nèi)的銷軸旋轉(zhuǎn)的止回閥，如下圖。這種止回閥的結(jié)構(gòu)比較簡單，容易制造和維護，成本低，但是密封性較差。蝶型止回閥可以水平安裝或垂直向上安裝（管路的流向由下至上），不適用于高壓的工作場合。（4）管道式止回閥。為閥瓣沿著閥體中心

21、線滑動的止回閥，如下圖。這種止回閥體積較小、重量較輕、加工工藝性好，但流體的阻力略大。管道式止回閥可以水平安裝，也可以垂直安裝。（5）對夾板式止回閥。該閥門利用在閥體上的槽、穿銷釘來固定閥瓣，靠介質(zhì)的壓力開啟和關(guān)閉。如下圖。這種閥門主要用于管路布置比較擁擠的地方，比如泵艙。對夾板式止回閥可以水平安裝或垂直向上安裝（管路的流向由下至上）。2.1.7 安全閥（Safety Valve）.1 概述安全閥用在受壓設(shè)備、容器或管路上，作為超壓保護裝置。當設(shè)備、容器或管路內(nèi)的壓力升高超過允許值時，閥門自動開啟，繼而全量排放，以防止設(shè)備、容器或管路內(nèi)的壓力繼續(xù)升高；當壓力降低到規(guī)定值時，閥門應自動及時關(guān)閉，

22、從而保護設(shè)備、容器或管路的安全運行。安全閥可以由閥門進口的系統(tǒng)壓力直接驅(qū)動，在這樣情況下是由彈簧或重錘提供的機械載荷來克服作用在閥瓣下方的介質(zhì)壓力。它們還可以由一個機構(gòu)來先導驅(qū)動，該機構(gòu)通過釋放或施加一個關(guān)閉力來使安全閥開啟或關(guān)閉。因此，按照上述驅(qū)動模式將安全閥分為直接作用式和先導式。安全閥可以在整個開啟高度范圍或在相當大的開啟高度范圍內(nèi)比例開啟，也可能僅在一個微小的開啟高度范圍內(nèi)比例開啟，然后突然開啟到全開位置。因此，可以將安全閥分為比例式和全啟式。 .2 安全閥的種類安全閥。一種自動閥門。它不借助任何外力，而是利用介質(zhì)本身的力來排出一額定數(shù)量的流體，以防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過預定的安全值；當壓力

23、恢復正常后，閥門再行關(guān)閉并阻止介質(zhì)繼續(xù)流出。（1）彈簧式安全閥。利用壓縮彈簧的力來平衡閥瓣的壓力，并使其密封的安全閥。該型式安全閥結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，安裝位置沒有嚴格限制。（2）先導式安全閥。該安全閥把主閥和輔閥設(shè)計在一起，通過輔閥的脈沖作用帶動主閥動作。這種結(jié)構(gòu)通常用于大口徑、大排量及高壓系統(tǒng)。（3）比例式安全閥。一種在整個開啟高度范圍或在相當大的開啟高度范圍內(nèi)比例開啟或關(guān)閉的安全閥。（4）全啟式安全閥。一種僅在微小開啟高度范圍內(nèi)比例開啟，隨后就突然開啟到全開位置的安全閥。開啟高度不小于1/4流通直徑。在安全閥的閥瓣處設(shè)有反沖盤，借助于氣體介質(zhì)的膨脹沖力，使閥瓣開啟到足夠的高度，從而達到排量要求。這種結(jié)構(gòu)的安全