介質(zhì)流向的做法及截止閥的功能

一般截止閥的流通介質(zhì)由閥座下方往上流動，即習(xí)慣上稱為“低進(jìn)高出”，這樣當(dāng)閥門關(guān)閉時，閥桿處的密封填料不致遭受工作介質(zhì)壓力和溫度的作用， 并且閥門關(guān)閉嚴(yán)密的情況下，還可進(jìn)行填料的更換工作。其缺點(diǎn)是閥門的關(guān)閉力較大，較大口徑的閥門很難實(shí)現(xiàn)密封。因此，有時也使介質(zhì)由閥座上方往下流動，即習(xí)慣上稱為“高進(jìn)低出”，由于介質(zhì)壓力作用于閥瓣的上方，閥門很容易實(shí)現(xiàn)密封，但這樣閥門的開啟力矩較大，容易造成密封填料的泄漏并且不能在線更換閥門的填料。

一般DN150以下的截止閥介質(zhì)大都從閥瓣的下方流入，而DJV200以上截止閥介質(zhì)大部分從閥瓣的上方流入，這是考慮到閥門的關(guān)閉力矩所致。為了減少開啟或關(guān)閉力矩，一般DJV200以上的截止閥都設(shè)內(nèi)旁通或外旁通閥門。

電站行業(yè)通常的做法是：公稱壓力<戶]^160時， 一般采用“低進(jìn)高出”；公稱壓力>PN200時，一般采用“高進(jìn)低出”。

對于截止閥的介質(zhì)流向問題，國外的閥門公司和一些科技文獻(xiàn)也有闡述，具體如下。

5.12.1加拿大維蘭公司推薦的做法

安裝截止閥時，通常把進(jìn)口安裝在閥座下方。必須仔細(xì)檢查，避免安裝錯誤。如果節(jié)流環(huán)境特別嚴(yán)酷，建議安裝截止閥時應(yīng)該讓流體從閥座上方流進(jìn)， 向下流經(jīng)截止閥。這樣能夠保持閥門處于更加穩(wěn)定的狀態(tài)，磨損降到zui小，外部噪聲也比較小。由于關(guān)閉閥門所需的力矩較小，操作閥門也比較容易。但是， 應(yīng)該注意到填料處于恒負(fù)載狀態(tài)。一般的截止閥適合用于適度的節(jié)流應(yīng)用。一般而言，通徑足夠大的截止閥（例如管道內(nèi)水流速度在15?25ft/s之間，蒸汽流速在200?300ft/s之間），節(jié)流后的流量不應(yīng)該小于*開啟狀態(tài)流量（流量系數(shù)大約為全沖程的20%） 的35%以下。如果節(jié)流條件比較嚴(yán)酷，小于*流量的35%，就應(yīng)該由應(yīng)用部門分析并決定在可能的空化、沖蝕、噪聲和振動現(xiàn)象下的適用性。

5.12. 2 《Valve Selection Handbook》推薦的做法

如果介質(zhì)從閥瓣上方流入時，介質(zhì)可能將閥瓣從閥桿上方?jīng)_掉或使閥瓣上的元件脫落，則介質(zhì)就必須改為由閥瓣下方流入。只要作用于閥瓣下方的流體載荷不超過40?60kN,則關(guān)緊帶有旋轉(zhuǎn)升降閥桿和金屬密封手動載止閥就不會太費(fèi)力。對于金屬密封手動 截止閥，采用非旋轉(zhuǎn)閥桿和滾子軸承支撐閥桿螺母。 當(dāng)流體載荷為70?100kN時也能關(guān)緊，具體的流體

載荷大小取決于閥門結(jié)構(gòu)和泄漏標(biāo)準(zhǔn)。介質(zhì)從閥瓣下方流入有一個特別的優(yōu)點(diǎn)，即閥門關(guān)閉時，填料函不會受到上游的壓力，但是，它也存在缺點(diǎn)，如果閥門切斷的是諸如蒸汽之類的熱介質(zhì)，則閥門關(guān)閉之后， 閥桿的收縮將導(dǎo)致密封泄漏。

如果介質(zhì)從閥瓣上方流入，由于閥瓣上方作用有介質(zhì)壓力，則閥桿的關(guān)閉力會增大，從而大大增加閥門的密封可靠性。在這種情況下，只要作用在閥瓣上方的流體載荷不超過40?60kN，則關(guān)閉帶有旋轉(zhuǎn)閥桿手動載止閥就不會太費(fèi)力。當(dāng)采用非旋轉(zhuǎn)閥桿且用滾子軸承支撐閥桿螺母時，可以克服70?100kN的流體載荷而手動開啟截止閥。如果作用在閥瓣上方的流體載荷更高，則有必要安裝一只旁通閥。在截止閥開啟之前給下游加壓，從而幫助截止閥開啟。

（1） 截?cái)?/p>

截止閥是截?cái)嚅y門中的一種，用來截?cái)嗷蚪油ü苈分械慕橘|(zhì)，不宜用來調(diào)節(jié)介質(zhì)的壓力或流量。如果長期處于節(jié)流狀態(tài)，密封面會被介質(zhì)沖蝕，不能保證其密封性。

（2） 節(jié)流

理論上截止閥適合于節(jié)流使用，此時閥瓣的zui小 開啟高度應(yīng)為20%的開度；否則由流動誘發(fā)的振動 可能會導(dǎo)致閥門的損壞。

當(dāng)截止閥用于節(jié)流工況時，需要更換其閥瓣，用 于節(jié)流的截止閥，其閥瓣結(jié)構(gòu)見“節(jié)流閥”章節(jié)。

截止閥的種類很多，并且有多種分類方法。

截止閥按照密封材料可分為軟密封截止閥和金屬 硬密封截止閥兩大類；按照閥瓣的結(jié)構(gòu)形式可分為閥 瓣平衡式截止閥和閥瓣非平衡式截止閥兩大類；按照 流道形式可分為直流通道、Z形流道、角式流道、直 流流道和三通流道等。

5.14.1軟密封截止閥

在截止閥中，為防止軟質(zhì)密封件受熱損壞，在軟質(zhì)密封件前安裝了一種散熱裝置，它是由一塊帶有較大散熱表面的金屬片組成的。如果用于氧氣的工況，這種設(shè)計(jì)還不足以防止軟質(zhì)密封件的起火燃燒，為防止該種閥門失效，就必須擴(kuò)大閥座以外的進(jìn)口通道，使進(jìn)口通道的一端形成一個口袋，以便使高溫氣體集聚在離開密封件以外的地方。在設(shè)計(jì)軟質(zhì)密封面時，要著軍考慮防止 軟質(zhì)密封元件被介質(zhì)壓力擠出或造成位移。

軟密封材料包括橡膠包覆閥瓣、PTFE （或其他塑料）閥座或金屬閥瓣鑲嵌非金屬材料以及很流行的軟硬雙重密封閥瓣結(jié)構(gòu)。這種軟密封結(jié)構(gòu)的閥門常用于蒸汽和氣體介質(zhì)，尤其是在低壓銅截止閥上使用。

軟密封閥門所需的關(guān)閉力極小，軟密封閥瓣易于更換，只要閥座密封面沒有損傷，更換閥瓣的軟密封件，閥門的性能就能很快恢復(fù)如初。

（1）閥瓣包覆橡膠軟密封截止閥

圖5-36為閥瓣包覆橡膠軟密封截止閥結(jié)構(gòu)圖及效果圖，盡管閥體采用了T形結(jié)構(gòu)，但是在閥體內(nèi)腔進(jìn)口通道側(cè)鑄造出來與水平方向呈45°的閥座，這就使得閥門的流道呈直線形，達(dá)到和直流式閥體一樣的效果，介質(zhì)的流通能力好；而且由于采用橡膠軟密 封，閥門的密封性能好。

該閥門殼體采用鑄鐵材料，閥瓣包覆三元乙丙橡膠。 該閥門具有如下特點(diǎn)：

①免維護(hù)；.

②低流阻，良好的流通性；

③節(jié)流功能；

④暗桿設(shè)計(jì)（內(nèi)螺紋提升）；

⑤閥桿螺紋在閥體外部；

⑥自對中閥桿軸承；

⑦EDD波紋管密封；

⑧雙重密封保障；

⑨保溫罩同時具有防結(jié)露功能；

⑩閥體可*保溫，可以節(jié)約能源。

該閥門主要用于一10?120°C的熱水系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)中。

（2）非金屬鑲嵌式軟密封截止閥

圖5-37為非金屬鑲嵌式軟密封截止閥結(jié)構(gòu)圖， 閥瓣上鑲嵌聚四氟乙烯等聚合物，主要用于液化石油氣站的燃?xì)夤苈废到y(tǒng)。

5.14.2金屬密封截止閥 

（1）直通式截止閥

直通式截止閥中的“直通”是因?yàn)樗倪B接端是在一條軸線上，但其流體通道并非真正意義的“直通”， 而是相當(dāng)曲折的。流體必須有90°轉(zhuǎn)彎，方可通過閥座， 然后再折回90°才能恢復(fù)到原來的方向。在鑄造閥門里， 通道的形狀和面積由于閥門尺寸和壓力額定值的不同也有所不同。其典型的結(jié)構(gòu)如圖5~14和圖5~15所示。

圖5-16所示為Z形通道截止閥的結(jié)構(gòu)。模鍛閥 體或自由鍛造閥體通常將進(jìn)出口流道和管道中心線成 一定的角度，即形成Z形流道，并且常常加工成縮徑，然而縮小的孔徑和曲折的流道會大大增加流體的壓力損失，此外應(yīng)該注意的是，轉(zhuǎn)折的銳角在流體工 況中會有汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。

（2）角式截止閥

追溯截止閥的發(fā)展歷史，zui初開發(fā)的是角式截止閥，然后才逐步發(fā)展成直通式截止閥。如今雖然直通式截止閥應(yīng)用得更為普遍，但角式截止閥仍有一些*的優(yōu)勢。

角式截止閥（圖5-17）允許流體流向改變90°方向，流體總是從閥座底部進(jìn)入。比起直通式，流道更為幵放和更少曲折，因此壓力損失較小。角式截止閥不容易被固體顆粒侵蝕。為了達(dá)到更好的調(diào)節(jié)特性，閥瓣可設(shè)計(jì)成爪形或裙式。由于流向的改變，閥體會受到流體反作用力的影響。這些力正常情況下不大，但由于閥門口徑規(guī)格和流體密度的影響，有可能會增大。

小型銅合金螺紋連接角式截止閥廣泛用于清潔水工況中。大多數(shù)工業(yè)用角式截止閥為螺栓閥蓋式，鑄鋼制造，也會使用青銅、不銹鋼和雙相鋼材料等。角式截止閥常見的尺寸規(guī)格和壓力等級通常為DN50?250 （NPS2?10），Class 150?800。超出此范圍通常會采用平衡式閥瓣，以減少流體對閥桿的軸向推力。

另一種作為換向閥較常用的工況是壓力釋放系統(tǒng)。兩個安全閥裝在一個三通截止閥上，當(dāng)其中一個安全閥需要隔離或者維修時，另外一個安全閥可以正常運(yùn)行。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因，三通截止閥流阻很大。流體方向的改變會使流體在大口徑三通截止閥上 產(chǎn)生較大的反作用力。

三通截止閥閥體一般是鑄鋼或者合金鋼。用于發(fā)電廠的閥門一般采用對焊連接以克服法蘭連接會產(chǎn)生泄漏的問題。

（5）波紋管密封截止閥

波紋管密封截止閥如圖5-39所示。

電力、石化、冶金行業(yè)所使用的排污疏水用高溫高壓截止閥普遍存在較為嚴(yán)重的內(nèi)漏現(xiàn)象，尤其在電力系統(tǒng)更為嚴(yán)重。目前，閥門工程師及電廠技術(shù)人員都在努力通過改進(jìn)閥門的結(jié)構(gòu)、密封面材料等各種方法來試圖解決閥門內(nèi)漏問題，從而涌現(xiàn)出具有特殊結(jié)構(gòu)的新型閥門。比較典型的結(jié)構(gòu)有：硬質(zhì)合金球面密封截止閥、Y形截止閥、帶節(jié)流套筒截止閥等，但效果并不理想。而內(nèi)漏對電力生產(chǎn)所造成的能源損耗確實(shí)是不容忽視的。因此，*內(nèi)漏，節(jié)約能源是當(dāng)今電力生產(chǎn)系統(tǒng)的當(dāng)務(wù)之急。

通過到各電廠調(diào)研和與電廠技術(shù)人員的深入交流，發(fā)現(xiàn)內(nèi)漏的根本原因在于閥門密封副在開關(guān)瞬間造成的沖刷。閥門在開啟和關(guān)閉的瞬間，由于密封面間的間隙很小，閥門的壓差（相當(dāng)于閥門入口壓力）很大，從而導(dǎo)致介質(zhì)在密封副處的流速很高，使密封 面處于高速介質(zhì)沖刷狀態(tài)下，極易引起密封面的損壞而發(fā)生泄漏。對于鍋爐排污系統(tǒng)和疏水系統(tǒng)上的關(guān)斷閥，由于介質(zhì)為飽和水，閥門關(guān)閉或開啟的瞬間，閥門所承受的壓差很大，密封面間既產(chǎn)生嚴(yán)重沖刷，同時又會在節(jié)流處下游產(chǎn)生汽蝕，從而引起內(nèi)漏。排污系統(tǒng)和疏水系統(tǒng)在鍋爐啟動初期，特別是在新機(jī)組或大修后的機(jī)組啟動過程中，介質(zhì)中含有的固體顆粒 （鐵銹、焊渣、焊接飛濺物、氣割飛濺物、氧化皮及管道或聯(lián)箱內(nèi)的雜物等）很多，在閥門關(guān)閉或開啟瞬間，密封面間極易夾雜固體顆粒而造成壓傷，引起閥門關(guān)閉不嚴(yán)，致使密封面很快被沖刷壞。由此可見， 造成閥門內(nèi)漏的原因主要是沖刷和壓傷引起的。

針對這種現(xiàn)象，閥門技術(shù)人員在閥門結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了大膽創(chuàng)新，采用雙閥瓣結(jié)構(gòu)，使主密封面避免了高速介質(zhì)的強(qiáng)烈沖刷。在材料上采用鉆基合金堆焊，密封面硬度可以超過45HRC，很大程度上減少了閥門的內(nèi)漏問題。

①用途抗沖刷截止閥適用于水、汽管道上， 作啟閉裝置。其典型應(yīng)用場合為汽機(jī)疏水、給水疏水、加熱器疏水、鍋爐疏水、過熱器疏水、對空排水、水冷壁下聯(lián)箱排污和高加疏水。

②性能特點(diǎn)抗沖刷截止閥各項(xiàng)性能指標(biāo)*符合JB/T3595—2002《電站閥門一般要求》和美國ASME相關(guān)規(guī)范的要求。

③工作原理和結(jié)構(gòu)說明為避免介質(zhì)高速沖刷， 閥門采用倒流（高進(jìn)低出）結(jié)構(gòu)，閥門密封副采用先節(jié)流并阻斷臟物，再利用節(jié)流后的介質(zhì)使密封面得到自清潔，從而*解決了內(nèi)漏問題，具體原理如下。

圖5-40所示為抗沖刷截止閥關(guān)閉初期，環(huán)形密封面開始節(jié)流，阻斷較大固體顆粒進(jìn)到閥瓣和閥座錐形密封面處，只有細(xì)小顆粒的污物還會進(jìn)入到閥門錐面密封空間。此時介質(zhì)的zui大流速發(fā)生在閥瓣和閥座環(huán)形空間內(nèi)，從而使閥門錐面密封副避免了高速介質(zhì)的沖刷。

圖5-41所示為抗沖刷截止閥節(jié)流中段，是針對圖5-40位置時進(jìn)入截止閥密封面上的細(xì)小顆粒物而設(shè)計(jì)的。此時介質(zhì)通過閥瓣和閥座間的細(xì)小空隙產(chǎn)生的高速氣流或水流對密封面起到一個吹掃的作用，從而使污物無法在密封面上停留，進(jìn)而清潔了密封面。

圖5-42所示為抗沖刷截止閥關(guān)閉狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了抗沖刷截止閥的全部功能。 

來源：上海自動化儀表銷售網(wǎng)（www.40017.net）

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