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1 阀门基础知识 SUE/SCB 2006.12 2 主要内容 n1 阀门概述及分类 n2 典型阀门介绍 n3 电动和气动执行机构及调试 n4 阀门的试验 n5 常见故障及维修 3 1 阀门概述及分类 n阀门是流体输送系统中的控制部件，具有 截断、调节、导流、防止逆流、稳压、分 流或溢流泄压等功能。 4 n阀门的种类很多，且有多种分类方法： 一、按用途和作用分类 1、截断阀类： 主要用于截断或接通介质流。包括闸阀、截 止阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀等。 2、调节阀类： 主要用于调节介质的流量、压力等。包括调 节阀、节流阀、减压阀等。 3、止回阀类： 用于阻止介质倒流。包括各种结构的止回阀 。 4、分流阀类： 用于分配、分离或混合介质。包括各种结构 的分配阀和疏水阀等。 5、安全阀类： 用于超压安全保护。包括各种类型的安全阀 。 5 二、按主要参数分类 1、按压力分类 (1) 真空阀 工作压力低于标准大气压的阀门。 (2) 低压阀 公称压力PN450的阀门。 (2) 中温阀 120t450的阀门。 (3) 常温阀 -40t120的阀门。 (4) 低温阀 -100t-40的阀门。 (5) 超低温阀 t-100的阀门。 6 3、按阀体材料分类 (1) 非金属材料阀门 如陶瓷阀门、玻璃钢阀门、 塑料阀门。 (2) 金属材料阀门 如铜合金阀门、铝合金阀门、 铅合金阀门、钛合金阀门铁阀门、碳钢阀门、 低合金钢阀门、高合金钢阀门。 (3) 金属阀体衬里阀门 如衬铅阀门、衬塑料阀门 、衬搪瓷阀门。 7 三、通用分类法 这种分类方法既按原理、作用又按结构划 分，是目前国内、国际最常用的分类方法 。一般分为：闸阀、截止阀、旋塞阀、球 阀、蝶阀、隔膜阀、止回阀、节流阀、安 全阀、减压阀、疏水阀、调节阀。 8 2 典型阀门 2.1 闸阀 n闸阀是作为截止介质使用，在全开 时整个流通直通，此时介质运行的 压力损失最小。闸阀通常适用于不 需要经常启闭，而且保持闸板全开 或全闭的工况。不适用于作为调节 或节流使用。对于高速流动的介质 ，闸板在局部开启状况下可以引起 闸门的振动，而振动又可能损伤闸 板和阀座的密封面，而节流会使闸 板遭受介质的冲蚀。 明杆楔式单闸板闸阀 9 n从结构形式上，主要的区 别是所采用的密封元件的 形式。根据密封元件的形 式，常常把闸阀分成几种 不同的类型，如：楔式闸 阀、平行式闸阀、平行双 闸板闸阀、楔式双闸板闸 等。最常用的形式是楔式 闸阀和平行式闸阀。 10 2.2 截止阀 n截止阀是用于截断介质流动的， 截止阀的阀杆轴线与阀座密封面 垂直，通过带动阀芯的上下升降 进行开断。截止阀一旦处于开启 状态，它的阀座和阀瓣密封面之 间就不再有接触，并具有非常可 靠的切断动作，因而它的密封面 机械磨损较小，由于大部分截止 阀的阀座和阀瓣比较容易修理或 更换密封元件时无需把整个阀门 从管线上拆下来，这对于阀门和 管线焊接成一体的场合是很适用 的。 11 n介质通过此类阀门时的 流动方向发生了变化， 因此截止阀的流动阻力 较高。引入截止阀的流 体从阀芯下部引入称为 正装，从阀芯上部引入 称为反装，正装时阀门 开启省力，关闭费力， 反装时，阀门关闭严密 ，开启费力，截止阀一 般正装。 12 2.3 止回阀 n止回阀的作用是只允许介 质向一个方向流动，而且 阻止方向流动。通常这种 阀门是自动工作的，在一 个方向流动的流体压力作 用下，阀瓣打开；流体反 方向流动时，由流体压力 和阀瓣的自重合阀瓣作用 于阀座，从而切断流动。 包括旋启式止回阀和升降 式止回阀。 13 14 2.4 蝶阀 n蝶阀的蝶板安装于管道的直径方向。在蝶阀阀 体圆柱形通道内，圆盘形蝶板绕着轴线旋转， 旋转角度为0°90°之间，旋转到90°时，阀门 则是全开状态。蝶阀结构简单、体积小、重量 轻，只由少数几个零件组成。而且只需旋转 90°即可快速启闭，操作简单。蝶阀处于完全 开启位置时，蝶板厚度是介质流经阀体时唯一 的阻力，因此通过该阀门所产生的阻力很小， 故具有较好的流量控制特性，可以作调节用。 15 16 n蝶阀有弹性密封和金属的密封两种密封型 式。弹性密封阀门，密封圈可以镶嵌在阀 体上或附在蝶板周边。采用金属密封的阀 门一般比弹性密封的阀门寿命长，但很难 做到完全密封，金属密封能适应较高的工 作温度，弹性密封则具有受温度限制的缺 点。 17 单偏心蝶阀 双偏心蝶阀 三偏心蝶阀 18 2.5 球阀 n球阀是由旋塞阀演变而来 。它具有相同的旋转90度 的动作，不同的是旋塞体 是球体，有圆形通孔或通 道通过其轴线。当球旋转 90度时，在进、出口处应 全部呈现球面，从而截断 流动。 19 n球阀只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩 就能关闭严密。完全平等的阀体内腔为介质提供 了阻力很小、直通的流道。球阀最适宜直接做开 闭使用，但也能作节流和控制流量之用。球阀的 主要特点是本身结构紧凑，易于操作和维修，适 用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而 且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧 化氢、甲烷、乙烯、树脂等。球阀阀体可以是整 体的，也可以是组合式的。 20 2.6 隔膜阀 n隔膜阀是用一个弹性的膜片连接在压缩件 上，压缩件由阀杆操作上下移动，当压缩 件上升，膜片就高举，形成通路，当压缩 件下降，膜片就压在阀体上，阀门关闭。 此阀适用于开断、节流。 隔膜阀特别适用 于运送有腐蚀性、有粘性的流体，而且此 阀的操作机构不暴露在运送流体中，故不 会被污染，也不需要填料，阀杆填料部分 也不会泄漏。 21 堰式隔膜阀直通式隔膜阀 22 2.7 安全阀 n安全阀的作用原理 是基于力平衡，一 旦阀瓣所受压力大 于弹簧设定压力时 ，阀瓣就会被此压 力推开，其压力容 器内的气（液）体 会被排出，以降低 该压力容器内的压 力。 23 2.8 调节阀 n调节阀主要工作原理，是靠改变阀门阀 瓣与阀座间的流通面积，达到调节压力 、流量等参数的目的。 n本节主要介绍调节阀的阀体和阀芯的主 要结构，调节阀的流量特性以及有关阀 芯气蚀噪音问题的解决方法。 24 2.8.1 阀体结构 直通单座阀(GLOBE) n阀体内只有一个阀座和密 封面，结构简单,密封效果 好,是使用较多的一种阀体 类型。 25 直通双座阀(GLOBE) n阀体内有两个阀座和 密封面，流通能力大, 不平衡力小,但泄漏量 大,切断效果差,是使 用较多的一种阀体类 型 26 套筒阀(CAGE) n阀体内部阀芯由套筒导向 n套筒上开有窗口用于决定流量与流 量特性 n阀芯上可开有平衡孔,减小不平衡力 n套筒阀可调比大,振动小,不平衡力小 ,互换性好, n可适用于大部分单双座阀的应用场 合 n不适用于有颗粒及较脏污介质 n是使用最为广泛的一种阀体类型 27 28 n球阀、蝶阀、隔膜阀等都可以作为调节阀 29 2.8.2 调节阀流量特性 n直线流量特性 n等百分比流量特性 n快开流量特性 n抛物线流量特性 30 直线流量特性 n相对流量与相对开度成直线关系，即单位行程引 起的流量变化是常数 等百分比流量特性 n单位行程变化引起相对流量变化与该点的相对流 量成正比，即放大系数是变化的，但是相对流量 的变化是常数。 31 快开流量特性 n相对行程变化引起相对流量的变化与该点 相对流量成反比，其作用与等百分比相反 抛物线流量特性 n相对行程的变化引起相对流量的变化与该 点相对流量的平方根成正比。 n介于直线与等百分比之间弥补了直线特性 小开度调节性能差的缺点 32 流量特性与阀芯的关系 33 n不同的阀芯形状决定不同的流量特性 n蝶阀、球阀、隔膜阀、偏心旋转阀固有特 性不能修改 n套筒阀、柱塞阀、v形开口阀，可修改阀芯 形状改变流量特性 34 n固有流量特性（压差不变） n工作流量特性（压差变化） 35 2.8.3 气蚀、噪音问题及解决 36 气蚀 n液体介质流经阀座时 压力下降至汽化压力 以下,阀门出口压力 P2若低于汽化压力则 出现闪蒸,高于汽化压 力则出现气蚀现象 37 噪音 n闪蒸产生 n气蚀产生 n高流速介质产生 38 抗气蚀、噪音的措施 n采用多级阀芯,分级降压 ,使每级压力高于汽化压 力 n降低阀上压差,控制介质 流速串联节流孔板 n采用抗气蚀的材料延长 使用寿命 n采用消音器 39 40 3 执行机构 3.1 电动和气动执行机构简介 3.1.1 气动执行机构 n阀门气动驱动装置安全、可靠、成本低， 使用维修方便，是阀门驱动机构中的一大 分支。气动装置在具有防爆要求的场合应 用较多。阀门气动驱动装置采用气源的工 作压较低，结构尺寸不大，阀门气动驱动 装置的总推力也不很大。 41 n气动薄膜执行机构 单弹簧，正作用多弹簧，反作用 42 n气缸横式执行机构 双作用（无弹簧）单作用（弹簧返回 ） 43 3.1.2 电动执行机构 n电动执行机构一般由电机、减速箱、手操 机构、机械位置指示机构等一些部件组成 。与其他阀门驱动装置相比，电动驱动装 置具有动力源广泛，操作迅速、方便等特 点，并且容易满足各种控制要求。所以， 在阀门驱动装置中，电动装置占主导地位 。 44 电动执行机构的构造 观察窗 指示器 电容器 接线端子 电机 限位开关力矩开关 加热器 机体 底座 涡轮、蜗杆 手柄 手轮 动力转动轴套 45 3.2 执行机构的调试 3.2.1 电动头调试 n电动执行机构调试时，用手轮将阀门开至中间位置，然后 给开或关的信号，看阀门是否向正确方向动作，如果相反 ，则电机反转，只需将电机三相电源的两相调换即可。力 矩开关出厂后已经整定好，一般不需调整，如需调整，则 查找说明书对应力矩开关上的刻度值调整。行程开关的调 整分关向和开向，关向调整时，将阀门手动致“全关”，用 起子压下顶轴，并旋转90°可卡住为止，按关向箭头旋转 关向调整螺母，直到关向转动柱动作，使转动柱上的凸台 与两旁箭头方向基本一致为止（非动作状态，凸台方向与 箭头方向垂直），旋回顶轴复位，开向调整时，手动将阀 门致“全开”， 用起子压下顶轴，并旋转90°可卡住为止， 按开向箭头旋转开向调整螺母，直到开向转动柱动作，使 转动柱上的凸台与两旁箭头方向基本一致为止，旋回顶轴 复位。之后给出开、关信号，看阀门是否达到要求。 46 47 3.2.2 气动头调试 n气动执行机构的调试，主要是对定位器进行调试。首先将 阀门放至全关位置，为保证阀门关闭严密，拧阀杆上连接 螺母至拧不动为止，阀芯和阀座肯定接触紧密了，此时调 整阀杆行程刻度牌至零位，然后接通气源，用减压阀将气 源压力调至所需压力，然后用信号发生器给定位器输入 4mA电流，调整定位器上的零点调整手轮至阀门刚刚开始 动作为止，接着再输入20mA电流，根据行程刻度，调整 零点调整手轮和量程调整装置使阀杆行程为全开，然后重 复输入4mA和20mA的步骤，直至阀门满足4mA全关和 20mA全开的要求。为了保证阀门在4mA的时候关紧，在 调试时可以输入4.104.15mA电流作为全关的信号，这样 在实际工作状态下4mA电流肯定能将阀门关紧。 48 49 4 阀门试验 n阀门在总装完成后必须进行性能试验，以检查产 品是否符合设计要求和是否达到国家所规定的质 量标准。阀门的材料、毛坯、热处理、机加工和 装配的缺陷一般都能在试验过程中暴露出来。 n常规试验有壳体强度试验、密封试验、低压密封 试验、动作试验等，并且根据需要，依次序逐项 试验合格后进行下一项试验。 50 4.1 阀门试验方法 4.1.1 强度试验 n阀门可看成是受压容器，故需满足承受介质压力而不渗漏的要求，故阀体、阀盖等零 件的毛坯不应存在影响强度的裂纹、疏松气孔、夹渣等缺陷。阀门制造厂除对毛坯进 行外表及内在质量的严格检验外，还应逐台进行强度试验，以保证阀门的使用性能。 n强度试验一般是在总装后进行。毛坯质量不稳定或补焊后必须热处理的零件，为避免 和减少因试验不合格而造成的各种浪费，可在零件粗加工后进行中间强度试验（常称 为毛泵）。经中间强度试验的零件总装后，如用户未提出要求，阀门可不再进行强度 试验。苏阀为了保证质量，在中间强度试验后，阀门都全部最后再进行强度试验。 n试验通常在常温下进行，为确保使用安全，试验压力P一般为公称压力PN的1.251.5 倍。试验时阀门处于开启状态，一端封闭，从另一端注入介质并施加压力。检查壳体 （体、盖）外露表面，要求在规定的试验持续时间（一般不小于10分钟）内无渗漏， 才可认为该阀门强度试验合格。为保证试验的可靠性，强度试验应在阀门涂漆前进行 ，以水为介质时应将内腔的空气排净。 n渗漏的阀门，如技术条件允许补焊的可按技术规范进行补焊，但补焊后必须重新进行 强度试验，并适当延长试验持续时间。 51 4.1.2 密封试验 n除节流阀外，无论是切断用阀还是调节用阀，均应具有一定的关闭密封性，故阀 门出厂前需逐台进行密封试验，带上密封的阀门还要进行上密封试验。 n试验通常是在常温下以公称压力PN进行的，苏阀一般是在1.1倍PN压力下进行的 。 n以水为试验介质时，易使阀门产生锈蚀，通常要根据技术要求控制水质，并在试 验后将残水吹干或烘干。 n闸阀和球阀由于有两个密封副，故需进行双向密封试验。试验时，先将阀门开启 ，把通道一端封堵住，压力从另一端引入，待压力升高到规定值时将阀门关闭， 然后将封堵端的压力逐渐卸去，并进行检查。另一端也重复上述试验。闸阀的另 一种试验方法是在体腔内保持试验压力，从通道两端同时检查阀门的双密封性。 52 53 n试验止回阀时，压力应从出口端引入，在入口端进行检查。 n密封试验时，阀门的关闭力矩应按公称压力与公称通径决定。手动阀门 通常只允许用正常体力关闭，而不得借助于其他辅助器械，当手轮直径 320mm时允许用两人关闭。有驱动装置的阀门，应在使用驱动装置的 情况下试验。如技术要求上规定有关闭力矩要求时，需用测力扳手测关 闭力矩。 n密封试验应在阀门总装后的强度试验后进行，因为不仅要检验阀门的关 闭密封性，还应检验填料及中法兰垫片的密封性。 n上密封试验通常在强度试验时一并进行。试验时并阀杆升高到限位置， 使阀杆与阀盖密封面紧密接触，将填料压盖松开后检查其密封性。 54 n用于气体介质的阀门或图纸技术规范书要求作 低压气密封试验的阀门，必须按试验标准规范 进行，试验介质为氮气或干燥清洁的空气。试 验压力为0.6MPa。 55 4.1.3 性能试验 n试验介质同壳体强度试验和密封试验，在壳体强度试验和密封试验合格后进行 。 n手动阀门动作性能试验：阀门处于开启状态，阀腔内充压到试验压力，用规定 的力矩关闭阀门，在阀瓣的一侧减压，以在开启阀门最不利和方向建立压差， 然后以规定的力矩开启阀门，如此进行至少三次以上完整的带载循环动作，以 检查阀门开和关的操作是否正常、动作是否灵活、开和关的位置指示是否正确 等； n止回阀动作性能试验，在规定的压差下作阀门开启试验，试验次数不少于3次； n电动和气动阀门动作性能试验，按阀门技术规格书的规定进行，阀门技术规格 书无明确规定时，应以额定执行机构操作阀门完成三次完整的带载循环动作， 在整个试验中，阀门必须运行平稳、灵活，阀门开、关必须到位，位置指示必 须正确。 56 4.1.4 真空密封试验 n真空密封试验（或称真空检漏）是一种灵敏度很高的密封试验方 法。宇航及原子能工业用阀及密封性要求极高的阀门一般均进行 真空密封试验。 n真空试验通常在阀门强度、密封试验合格后进行。为保证试验的 准确性，被测阀门应具有很高的清洁度和加工精细的密封面。而 且阀体、阀盖一般均应采用锻件。 n真空密封试验通常的方法是氦质谱检漏：将被测阀门用真空泵抽 至规定的真空度后，在阀门被测部位外施加氦气（有氦罩法或喷 氦法）。如有漏隙，氦气便进入阀门的被测部，系统中的氦质谱 检漏仪就可显示出来，据此可计算漏率。 57 4.1.5 微泄漏试验 n近年来随着人们环保意识的加强，世界上的各种机构对阀门的密封提出 了更为严格的要求，特别是对使用介质为强腐蚀性、强辐射性、剧毒时 。阀门的微泄漏（fugitive emission）要求就是其中的一种。阀门的微 泄漏检测( FE TEST)主要是检查阀门中法兰和填料函处的微量泄漏程度 ，属于阀门壳体密封试验的一种。 n阀门微泄漏检测的基本原理是：在阀门处于半开半闭状态时向阀门内部 通以规定压力的氦气，用已调节好漏率的带吸气探针的氦质谱检漏仪对 中腔和填料函部位进行检测，看该部位是否满足用户所规定的漏率。 n阀门微泄漏要求是当今阀门发展的一种方向，这种微泄漏要求是很符合 核电阀门的要求的。 58 4.2 试验设备 试压台盲板式 n试压时阀门的一侧法兰用螺栓在 试压台下压紧，从下侧打压，上 侧观察密封，或上侧用盲板密封 ，下侧打压检查强度。由于试验 时阀体两端直接承受压紧力而容 易引起密封变形，以致影响试验 的准确性。因此，压紧力不宜过 大，在保证阀门端面不渗漏的前 提下，压紧力愈小愈好。 59 翻转试压台和吊挂盲板式 n阀门侧法兰用三个油压的钩形压板，在试压台上拉紧，另 一侧法兰由吊持油缸顶紧盲板密封，进行阀门的强度试验 。 n由于阀门两端不受轴向力，阀门密封面不会产生变形，因 此试验比较准确。 60 法兰泵验板对接焊端泵验闷头 61 4.3 安装前检验 n试压台 n阀门关闭后打压 n10min内压力不降 n法兰连接用橡胶垫片 n焊接坡口用铅板 62 5 阀门常见故障及维修 阀门启闭有卡阻、不灵活或者不能正常启闭，甚 至无法继续启闭，主要是由于阀杆与其它零件卡阻， 主要是阀杆与填料之间的卡阻。一般有： n填料压盖偏斜后碰阀杆 处理方法：正确安装。 n填料安装不正确或压得过紧 处理方法：填料预紧，适当放松填料。 n阀杆与填料压盖咬住 处理方法：更换或返修。 n零部件之间咬住或咬伤 处理方法：适当润滑阀杆。 阀杆、填料函 63 阀门密封面擦伤、阀杆光柱部分咬擦伤和阀杆螺纹部分咬伤等 n密封面研磨后有磨粒嵌入密封面里，未清除干净，造成密封面擦 伤；有的经使用后，磨粒在介质的冲刷下，磨粒排出而粘在密封 面上，经阀门开关，造成擦伤。 处理方法：合理选用研磨剂，密封面研磨后必须清洗干净。 n介质中的赃物或者焊渣未清除干净，造成擦伤。 处理方法：重新清洗干净。 n阀杆与填料压套、填料垫碰擦，其次介质中含有硼的介质，泄出 后会结晶形成硬的颗粒，在填料与阀杆接触表面，开关时拉伤阀 杆表面。 处理方法：正确安装、调整零部件配合间隙和提高阀杆表面 硬度。 n梯形螺纹处有沾污赃物,润滑条件差;阀杆和有关零件变形 处理方法：清除赃物，对高温阀门及时涂润滑剂；对变形零 件修正。 64 填料泄漏和阀体与阀盖连接处泄漏 （1）填料泄漏 泄漏及原因： n填料密封原理: 对填料施加的轴向力,填料产生塑性变形,阀门由于多个 填料安装, 部位相互交替接触,形成 “ 迷宫效应 ”，起到阻止压力介质 外泄漏的作用。 n填料泄漏除了在压力和介质不同的渗透力下，填料的接触压力不够外 ，还有填料本身的老化，阀杆的拉伤等原因。 n填料对阀杆产生腐蚀，所以当压力把介质沿着填料与阀杆之间的接触 间隙向外泄漏，直至从填料处泄漏，另外操作不当，用力过度阀杆弯 曲。 n填料选用不当，不耐介质腐蚀、不耐高压或真空、高温及低温。 n填料超过使用期，已老化，失去弹性 n填料安装数量不足 处理方法： n应按工况条件选用填料型式和材料 ； n预紧填料，正确安装和确定填料数量； n阀杆弯曲，表面腐蚀机械修理或更换； n填料失效必须更换。 65 （2）法兰泄漏 n阀门的法兰密封连接在接触部位之间根据设计要 求安放密封垫片，依靠连接螺栓所产生的预紧力 达到足够的比压，阻止介质向外泄漏。 n垫片材料和结构有：橡胶垫片、石棉橡胶垫片、 石墨垫片、不锈钢和石墨缠绕式垫片、波纹管形 和金属垫片。 n垫片密封属于强制密封。 66 常见的法兰泄漏有以下种： a. 界面泄漏密封垫片与法兰端面之间密封不严而发生泄漏。 主要原因： n 密封垫片预紧力不够处理方法：适当增加预紧力; n 法兰密封面粗糙度不符要求处理方法：返修; n 法兰平面不平整或平面横向有划痕处理方法：返修; n 冷和热变形以及机械振动等 处理方法：改善环境或材料选择; n 法兰连接螺栓变形伸长处理方法：材料和不能超过许用扭矩 ; n 密封垫片长期使用发生塑性变形处理方法：更换; n 密封垫片老化、龟裂和变质 处理方法：更换。 67 b.渗透泄漏 介质在压力的作用下，通过垫片材料隙缝产 生泄漏。 主要原因： n 与密封垫片材料有关； n 介质的压力； n 介质的温度； n 密封垫片老化、龟裂和变质。 68 c.破坏泄漏 由于安装质量而产生密封垫片过度压缩或密 封比压不足而发生的泄漏。 主要原因： n安装密封垫片偏斜，使局部密封比压不足或预紧力过大，失 去回弹能力； n法兰连接螺栓松紧不均匀； n两法兰同轴度(中心线偏移)偏斜； n密封垫片选用不对即没有按工况条件正确选用垫片的材料和 型式； n界面泄漏和破坏泄漏会随着时间的推移而明显加大,对渗透 泄漏的泄漏量与时间的关系不明显。 69