截止閥的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)

2020-04-19 真空技術(shù)網(wǎng)整理 閥門(mén)手冊(cè)

  啟閉件(閥瓣)由閥桿帶動(dòng),沿閥座(密封面)軸線(xiàn)做直線(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的閥門(mén)稱(chēng)為截止閥。

  截止閥一般由驅(qū)動(dòng)件(手輪)、閥桿、閥體、閥蓋、閥瓣(關(guān)閉件)和填料裝置等主要零件組成。手輪與閥桿相連,并借助閥桿帶動(dòng)閥瓣,使閥瓣沿閥座軸線(xiàn)方向往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而使管路接通或切斷。

  截止閥應(yīng)用很廣泛,主要用于壓力較高的及口徑較小的場(chǎng)合,一般只生產(chǎn)到DN400(NPS116),更大的口徑規(guī)格僅應(yīng)用于特殊管道。例如,大型氧氣管道,由于其他閥類(lèi)存在摩擦易產(chǎn)生靜電起火,所以采用大口徑不銹鋼截止閥。

  盡管尺寸達(dá)到NPS148(DN1200)的截止閥已經(jīng)生產(chǎn)并投入使用,然而美國(guó)石油學(xué)會(huì)指導(dǎo)性文件API 615《閥門(mén)選用指南》對(duì)截止閥的選用是這樣描述的:“雖然大口徑和高壓力等級(jí)也可能是合適的,但壓力等級(jí)為150磅級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)截止閥適合的公稱(chēng)尺寸不超過(guò)NPS112,300磅級(jí)時(shí)不超過(guò)NPS110和600磅級(jí)時(shí)不超過(guò)NPS18。”

一、 截止閥的工作原理

  截止閥閥桿一般都做旋轉(zhuǎn)升降運(yùn)動(dòng),手輪固定在閥桿頂端。當(dāng)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)手輪時(shí),閥桿螺紋下旋,閥瓣密封面與閥座密封面緊密接觸,截止閥達(dá)到關(guān)閉狀態(tài);當(dāng)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)手輪時(shí),閥桿螺紋上旋,閥瓣密封面與閥座密封面脫開(kāi),截止閥開(kāi)啟。

二、 截止閥的優(yōu)缺點(diǎn)

  1、優(yōu)點(diǎn)

  a、與閘閥比較,截止閥結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,通常在閥體和閥瓣上只有一個(gè)密封面,密封面積小、節(jié)省貴重材料、成本低,因而制造工藝性比較好,便于維修。

  b、密封面磨損及擦傷較輕,密封性好。啟閉時(shí)閥瓣與閥體密封面之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)(錐形密封面除外),因而磨損與擦傷均不嚴(yán)重,密封性能好,使用壽命長(zhǎng)。

  c、開(kāi)啟高度小,一般僅為閥座通道直徑的1/4,結(jié)構(gòu)緊湊,節(jié)省安裝空間。

  2、缺點(diǎn)

  a、結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度較大。

  b、啟閉力矩大,啟閉費(fèi)力。關(guān)閉時(shí),因?yàn)殚y瓣運(yùn)動(dòng)方向與介質(zhì)壓力作用方向相反,必須克服介質(zhì)的作用力,所以啟閉力矩大。

  c、流阻大。閥體內(nèi)介質(zhì)通道比較曲折,流動(dòng)阻力大,動(dòng)力消耗大,特別是在液壓裝置中,這種壓力損失尤為明顯。在各類(lèi)截?cái)嚅y中截止閥的流阻最大。

  d、介質(zhì)流動(dòng)方向受限制。

  介質(zhì)流經(jīng)截止閥時(shí),在閥座通道處只能是從下向上或從上向下流動(dòng),所以介質(zhì)只能單方向流動(dòng),不能改變流動(dòng)方向。

  e、在閥門(mén)關(guān)閉時(shí),密封面間可能會(huì)夾住流體介質(zhì)中的固體顆粒。

  f、安裝不便。

三、截止閥的操作特點(diǎn)

  截止閥的密封形式為強(qiáng)制密封,在閥門(mén)關(guān)閉時(shí)必須向閥瓣施加足夠的力,達(dá)到密封必須比壓以上,才能實(shí)現(xiàn)密封。由于密封力和介質(zhì)壓力是在同一軸線(xiàn)上,當(dāng)介質(zhì)由閥瓣下部進(jìn)入(低進(jìn)高出)時(shí),由于介質(zhì)壓力與密封力方向相反,閥門(mén)關(guān)閉力矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開(kāi)啟力矩,閥桿承受的最大應(yīng)力為壓應(yīng)力,所以必須具有足夠的強(qiáng)度和剛性,否則閥桿會(huì)產(chǎn)生撓性變形。正因如此,當(dāng)截止閥口徑規(guī)格大于DN150(NPS16)時(shí),為了減小閥門(mén)操作力矩從而減小閥桿直徑,通常將介質(zhì)流向改由閥瓣上部進(jìn)入(高進(jìn)低出),此時(shí)介質(zhì)壓力與密封力方向相同,在介質(zhì)壓力作用下,閥門(mén)更容易實(shí)現(xiàn)密封,關(guān)閉力矩變小,開(kāi)啟力矩增大,閥桿承受的最大應(yīng)力為拉應(yīng)力,此時(shí)閥桿直徑可相應(yīng)減小。

  截止閥開(kāi)啟時(shí),閥瓣的開(kāi)啟高度達(dá)到閥門(mén)公稱(chēng)尺寸的25%~30%時(shí),流量即已達(dá)到最大,即表明閥門(mén)已達(dá)到全開(kāi)位置,所以截止閥的全開(kāi)位置應(yīng)該按閥瓣的行程來(lái)確定。

  截止閥關(guān)閉時(shí)和再次開(kāi)啟的情況與強(qiáng)制密封閘閥相似,即閥門(mén)關(guān)閉后,要在密封面上施加足夠操作力以實(shí)現(xiàn)密封。因此,閥門(mén)的關(guān)閉力矩應(yīng)在操作力矩的基礎(chǔ)上增加到規(guī)定值來(lái)確定。而閥門(mén)再次開(kāi)啟時(shí),由于要克服靜摩擦和熱膨脹等因素的影響,閥門(mén)開(kāi)啟力矩通常要比關(guān)閉力矩還要大,才能可靠地開(kāi)啟閥門(mén),因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮。

  為了減小啟閉閥門(mén)中形成的高沖擊壓力,截止閥操作時(shí)要緩慢,在某種意義上說(shuō),要產(chǎn)生與流量速度相一致的變化率。

  截止閥的操作力矩呈現(xiàn)以下特性。

 、“低進(jìn)高出”時(shí),閥門(mén)由全開(kāi)位置開(kāi)始關(guān)閉的階段,操作力所需克服的阻力是閥桿和填料的摩擦阻力和介質(zhì)壓力在閥瓣截面上(軸向)造成的推力,隨著閥瓣的下降,流體在閥瓣前后形成壓差,阻止閥瓣下降,而且這個(gè)阻力會(huì)隨著閥瓣的下降而迅速增大,隨著閥門(mén)完全關(guān)閉,閥桿施加強(qiáng)制的密封力,閥瓣前后壓差達(dá)到介質(zhì)工作壓力的最大值,此時(shí)閥桿承受最大關(guān)閉力矩。在閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)程中,介質(zhì)壓力或閥瓣前后壓差形成的推力與閥門(mén)開(kāi)啟方向相同,但應(yīng)該指出的是,在開(kāi)啟瞬間,因?yàn)橐朔芊饷骈g較大的靜摩擦力矩,此時(shí)的開(kāi)啟操作力矩有可能還會(huì)超過(guò)關(guān)閉力矩。

 、“高進(jìn)低出”時(shí),閥門(mén)由全開(kāi)位置開(kāi)始關(guān)閉的階段,操作力所需克服阻力仍是上述兩個(gè)力,隨著閥瓣的下降,流體在閥瓣前后的壓差直到閥門(mén)關(guān)閉時(shí)都是有利于閥門(mén)關(guān)閉的。閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)的情況恰好相反,由于介質(zhì)壓力和閥瓣前后壓差所造成的推力都與閥門(mén)開(kāi)啟方向相反,所以閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)程所需的操作力矩比關(guān)閉力矩要大得多。