通用阀门基础教程doc

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  PAGE PAGE 13 通用阀门基础教程 目 录 第一篇 阀门基础知识 第一章 阀门概述…………………………………………………………………………2-16 第二章 通用阀门结构及零部件名称术语………………………………………………17-22 第三章 阀门基础术语……………………………………………………………………23-26 第四章 阀门密封机理……………………………………………………………………27-42 第五章 阀门连接形式……………………………………………………………………43-48 第六章 阀门驱动装置……………………………………………………………………49-55 第七章 阀门型号编制方法及阀门标志…………………………………………………56-64 第二篇 通用阀门材料 第一章 钢制阀门材料……………………………………………………………………65-101 第二章 铸铁阀门与铜合金阀门材料……………………………………………………102-105 第一篇 阀门基础知识 第一章 阀门概述 一、阀门定义 阀门是一种安装在各种管道和设备等流体输送系统中具有截止、导流、防止逆流、调节、分流或溢流卸压等功能的控制装置,它属于一种通用机械产品。 ·截止功能 主要用于截断或接通管路中的介质流体,一般情况下需借助外力进行截断或接通。示例如下: 简图1 简图2 简图3 ·防止逆流功能 主要用于阻止介质倒流,一般情况下靠介质自身压力实现阻止倒流,不需借助外力,属自动阀门。示例如下: 简图4 简图5 简图6 ·导流功能 主要用于引导介质按规定方向的管路进行流动。 简图7 二、应用领域 阀门广泛应用于石油、化工、电力、冶金、船舶、造纸、核工业、宇航、长输管线、城建水处理等各大领域,在国民经济发展中具有重要作用。现场使用场景如下: (以上为某石化企业阀门现场安装照片) 1.石油天然气 ·井口装置:石油、天然气井口装置和采油树用阀要求按API6A标准制造,目前我国仅少数阀门制造企业能生产部分规格和部分压力级的产品,还远远不能满足用户要求。大部份阀门产品仍然依赖国外进口。 ·长输管线:油、气长输管线近年来发展很快,其主要原因:一是成本低,只相当于铁路运输的1/3;二是埋设地下,不易破坏;三是管线建设速度快,投资省。 我国西气东输——新疆至上海的主管线上的阀门全部采用进口,支管线一般比主管线用的阀门口径较小、公称压力较低,这部分阀门用量最大,是长输管线阀门数量的几倍,我国生产支管线.石油化工 ·乙烯工程:以30万吨/年乙烯为例,见下表。 大型乙烯装置阀门配套表 公称压力 公称尺寸 工作温度 适用介质 截止阀 闸阀 球阀 止回阀 其他阀类 总用量 16~400 12~1500 -196~550℃ 烷、胺、硫化氢 5423台 15403台 91台 902台 3181台 25000台 ·大化肥合成氨:以30万吨/年合成氨为例,见下表。 大型合成氨装置阀门配套表 公称压力 公称尺寸 工作温度 适用介质 截止阀 闸阀 球阀 止回阀 其他阀类 总用量 10~420 8~1100 -196~+560 甲醇、氮 硫化氢 6999台 3328台 255台 340台 2315台 13237台 ·炼油装置:以500万吨/年炼油厂为例,见下表。 炼油装置用阀情况 生产能力 万吨/年 500 120 240 60 30 80 40 10 10 12 装置名称 常减压 催化 催化 焦化 铂重正 丙熔脱沥青 氧化 沥青 石腊 分子筛 脱腊 总用量(台) 3600 7275 7752 3189 4301 2800 3600 669 1658 1890 其中闸阀 2047 4362 5120 1476 2960 2085 2624 384 556 1689 截止阀 1362 2465 2114 1591 1145 560 644 249 1070 165 止回阀 191 448 518 122 196 155 332 36 32 36 备注 闸阀的公称压力为PN16~160,公称尺寸DN15~DN400,工作温度为-196~+1200 截止阀公称压力为PN25~160,公称尺寸DN15~DN200,工作温度为-196~+1200 止回阀公称压力为PN25~160,公称尺寸DN15~DN300 3.电力(火电、水电、核电) ·火电系统:以300MW机组为例,见下表。 300MW机组管路高中压阀的明细表 公称压力 PN 公称尺寸 DN 工作温度 t/℃ 适用介质 闸阀 数量 截止阀 数量 止回阀 数量 球阀 数量 安全阀 数量 其他阀 数量 16~560 50~500 200~570 水、蒸汽 167 389 83 48 14 三、阀门分类 阀门的种类繁多,随着各类成套设备工艺流程和性能的不断改进,阀门种类还在不断增加,且有多种分类方法。 1.按自动与驱动分类 ·自动阀门:依靠介质(液体、气体、蒸汽等)本身的能力而自行动作的阀门。如安全阀、止回阀、减压阀、蒸汽疏水阀、空气疏水阀、紧急切断阀、自力式压力调节阀、自力式温度调节阀等。 ·驱动阀门:借助手动、电力、液力或气力来操纵的阀门。如闸阀、截止阀、节流阀、蝶阀、球阀、旋塞阀、隔膜阀、气动薄膜调节阀、气动活塞调节阀等。 2.按主要技术参数分类 a、按公称尺寸分类(公称尺寸的定义见第三章) ·小口径阀门:公称尺寸≤DN40的阀门。 ·中口径阀门:公称尺寸DN50~DN300的阀门。 ·大口径阀门:公称尺寸DN350~DN1200的阀门。 ·特大口径阀门:公称尺寸≥DN1400的阀门。 b、按公称压力分类(公称尺寸的定义见第三章) ·真空阀:工作压力低于标准大气压的阀门。 ·低压阀:公称压力PN≤16的阀门。 ·中压阀:公称压力PN25~64的阀门。 ·高压阀:公称压力PN100~800的阀门。 ·起高压阀:公称压力PN≥1000的阀门。 c、按介质工作温度分类 ·高温阀:t>450℃的阀门。 ·中温阀:120℃≤t≤450℃的阀门。 ·常温阀:-40℃≤t≤120℃的阀门。 ·低温阀:-100℃≤t≤-40℃的阀门。 ·超低温阀:t<-100℃的阀门。 d、按阀体材料分类 ·非金属材料阀门:如陶瓷阀门、玻璃钢阀门、塑料阀门。 ·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、蒙乃尔合金阀门、哈氏合金阀门、因科镍尔阀门、铸铁阀门、铸钢阀门、低合金钢阀门、高合金钢阀门。 ·金属阀体衬里阀门:如衬铅阀门、衬塑料阀门、衬搪瓷阀门。 e、按与管道的连接方式分类 ·法兰连接阀门:阀体上带有法兰,与管道采用法兰连接的阀门。 ·螺纹连接阀门:阀体上带有内螺纹或外螺纹,与管道采用螺纹连接的阀门。 ·焊接连接阀门:阀体上带有对焊坡口或承插焊口,与管道采用焊接连接的阀门。 ·夹箍连接阀门:阀体上带有夹口,与管道采用夹箍连接的阀门。 ·卡套连接阀门:用卡套与管道连接的阀门。 f、按操纵方式分类 ·手动阀门:借助手轮、手柄、杠杆或链轮等,由人力来操纵的阀门。当需要较大的力矩时,可采用蜗轮、齿轮等减速装置。 ·电动阀门:用电动机、电磁或其他电气装置操纵的阀门。 ·液动或气动阀门:借助液体(水、油等液体介质)或空气的压力操纵的阀门。 3.按结构原理分类 按结构原理分类是目前国内、国际最常用的分类方法,主要分为闸阀、截止阀、蝶阀、球阀、旋塞阀、柱塞阀、止回阀、安全阀、减压阀、疏水阀、隔膜阀、节流阀、调节阀、多用阀等。 每种类型阀门又可根据结构特点细分为各种各样的结构类型。常见几种阀门示例如下: · 闸阀——启闭件沿着垂直于阀座的轴线方向(介质流向)移动的阀门。 闸阀可分为楔式闸阀(单闸板、双闸板、弹性闸板等)、平板闸阀、刀型闸阀等,具体分类及工作原理在以后相关章节进行描述。闸阀结构示例如下: 楔式闸阀 平行式闸阀 ·截止阀——启闭件沿着阀座的轴线方向(介质流向)移动的阀门。截止阀可分为直通式、角式、三通式、直流式、针形、Y型截止阀等,具体分类及工作原理在以后相关章节进行描述。截止阀结构示例如下: J41法兰截止阀 ·蝶阀 可分为中线蝶阀、偏心蝶阀(单偏心双偏心、三偏心等)或分为软密封蝶阀、硬密封蝶阀,具体分类及工作原理在以后相关章节进行描述。蝶阀结构示例如下: 三偏心多层次硬密封法兰蝶阀 ·球阀——启闭件是球体,围绕本身的轴线旋转的阀体。球阀可分为浮动球阀、固定球阀、弹性球阀或者分为软密封球阀、硬密封球阀等,具体分类及工作原理在以后相关章节进行描述。球阀结构示例如下: 浮动球阀 ·止回阀——依靠介质自身压力阻止介质倒流的阀门。止回阀根据结构型式可分为对夹式、旋启式、升降式、梭式等,具体分类及工作原理在以后相关章节进行描述。止回阀结构示例如下: 旋启式止回阀 ·其他阀门 除闸阀、截止阀、蝶阀、球阀、止回阀等以外,阀门的种类复杂繁多,本章节仅以图例举安全阀、减压阀、旋塞阀、疏水阀等,其他种类阀门这里不进行逐一介绍。 A41弹簧微启封闭式安全阀 先导活塞式气体减压阀 防腐衬里球阀 旋塞阀 自由浮球式蒸汽疏水阀 四、标准体系 1.阀门标准体系 阀门的标准体系十分复杂,主要由基础标准、材料标准、产品标准、方法标准等组成。在现代国际贸易中,技术标准已成为各国间主要的非关税技术贸易壁垒。我国已逐渐形成了较为完善的阀门标准体系,但与欧美等发达国家相比还存在较大差距。 阀门标准体系可分为三个层次:第一层为基础标准和方法标准。这些标准是综合性的标准,通常适用于各类工业用阀门,标准级别以国家标准为主;第二层为产品标准。这些标准基本上是按阀门结构分类而确定的,具体规定了各类阀门和阀门驱动装置的结构型式、性能参数和制造检验要求。该层标准根据其使用范围,可定为国家标准和行业标准。产品标准也可按用途分类,分为化工用、石油工业用、供水系统用等,但这样分类不科学,易引起标准的重复与混乱。因此,该体系主要按产品的结构分类;第三层为零部件和材料标准。这些标准是为产品标准服务或与产品标准分配使用的。零部件标准以行业标准为主。 2.国内常用阀门标准代号 GB/T 国家推荐性标准 JB/T 机械行业推荐性标准 HG/T 化学工业推荐性标准 SY/T 石油工业推荐性标准 SH 中石化总公司标准 EJ 核工业标准 CB/T 造船总公司标准 DL 电力工业标准 QT 轻工业标准 3.国外常用阀门标准代号 ISO 国际标准 ANSI 美国国家标准 API 美国石油学会标准 ASTM 美国材料与试验协会标准 AISI 美国钢铁学会标准 MSS 美国阀门和管件制造商标准化协会标准 AWWA 美国水道处理协会标准 AWS 美国焊接协会标准 ASME 美国机械工程师学会标准 EN 欧共体标准 DIN 德国国家标准 BS 英国国家标准 NF 法国国家标准 JIS 日本国家标准 JPI 日本石油学会标准 ΓOCT 前苏联国家标准 五、发展历程 (一)我国阀门工业发展历程 建国以来,中国阀门工业走过了一段艰难历程。阀门制造从修理、手工业为主的零星加工到专机、生产线、数控、加工中心大批量生产;生产设计从仿抄到自主研制开发;产品标准体系从无到有,再到具有基础标准、材料标准、产品标准和产品试验检验比较健全的标准体系;产品性能从低压常温到中压、高压、超高压高温及低温、超低温工况;品种从通用阀门到各种专用阀门、多种材质、多种驱动方式的各类特殊阀门,并具有较强的配套能力。整个阀门行业规模也从小到大,生产厂家在全国和布局也比较合理,形成了一个比较健全的阀门制造体系,为国民经济的发展做出了巨大贡献。 建国初期,我国仅有少数小厂从事阀门修理,兼业生产低压阀门。1949年阀门产量仅为387吨,1956年开始批量生产高中压阀门,1958年涌现出大量的专业阀门生产厂家。1960年阀门行业组织成立后,在部局的支持下开始大发展。到1984年底,机械工业系统县属以上阀门生产厂共有161家,职工90743人,其中生产工人66721人,技术人员3563人。 1984年以后(党的十一届三中全会),阀门行业产生了很大的变化,阀门生产也在前进和道路上不断发展,一些企业开始转轨,从国有制逐步改制为有限责任公司、股份合作制以及个体经营。到2003年底,一些原有的国营企业为私人所买断,如开封高压阀门厂被郑州蝶阀厂买断,沈阳高中压阀门厂先被深圳莱茵达公司买断,后又转变为沈阳盛世高中压阀门有限公司,上海阀门厂被温州人承包、上海良工阀门厂被福建人买断。北京市阀门总厂被福建人控股,自贡高压阀门厂被禾嘉集团买断,兰州高压阀门厂被福建人买断等。阀门行业形成了新的格局,在永嘉瓯北镇和温州龙湾区形成新的阀门生产基地,同时在河南、上海、河北、江苏等地也形成了较为集中的区域性阀门制造基地。 据不完全统计,截至2008年底国内阀门企业约有4000多家的阀门厂,其中温州地区1000多家,河南郑州近300多家,上海200多家,辽宁250家,江苏、福建各500余家,尽管良莠不齐,但产品品种已达3000多个型号,近3万个规格。 阀门标准体系 基础标准 材料标准 产品标准 方法标准 术语 标志 结构 钢制 铁制 有色 性能 工业 压力 整机 无损 分类 长度 材料 材料 金属 阀门 阀门 试验 试验 检验 标准 标准 调节阀 石油天然气工业 安全阀 电力工业 如:GB/T 12220 如:GB/T 12225 铜合金 减压阀 化工工业 GB/T 12221 阀门结构长度 GB/T 12226 灰铸铁 蒸汽疏水阀 城市建设 GB/T 1047 公称尺寸 GB/T 12227 球墨铸铁 其他 GB/T 1048 公称压力 GB/T 12228 碳素钢锻件 GB/T 12229 碳素钢铸件 闸阀 GB/T 12230 奥氏体钢铸件 截止阀 球阀 主 蝶阀 要 止回阀 种 旋塞阀 类 柱塞阀 隔膜阀 其他 注:1.材料标准中的非金属材料标准不属于阀门标准化技术委员会编制范围,由其他标技委负责起草。 2.调节阀以前归口到仪表类,但现在已归口到阀门大类。 PAGE PAGE 68 (二)经济全球化对阀门产生的影响 1.跨国界、大规模的企业重组 在全球经济一体化的形势下,产品竞争越来截止激烈。国外阀门生产企业不再单一的生产有特色的阀门产品,而进行跨国、大规模的企业重组。现在工程建设中所需的各种类型阀门,如高温高压阀、低温阀、耐腐蚀阀门、安全阀、蒸汽疏水阀、电动阀等希望在一个公司能全部采购得到,这就迫使阀门制造业进行企业重组,以增加企业的竞争实力。目前国外的阀门制造业集团公司有: ·TYCO:有以下子公司 KEYSTON:生产高性能蝶阀、刀形平板阀、控制阀、止回阀、水利操作阀、卫生阀。 KLEIN(法国):氧化铝工业用料浆阀、放料阀、波纹管截止阀。 KTM(日本):浮动球阀、固定球阀。 BIFFI(意大利):阀门电动装置、阀门液动装置。 CLARKSON:浆液刀形闸阀、控制阀。 DESCONT:波纹管截止阀。 CROSBY:各种安全阀。 ANDERSON GREENWOOD:先导式安全阀、核阀、减压阀、调节阀。 ELO-CHECK:双盘止回阀。 HOVAP:卫生工艺阀。 NEOTECTA:管线阀门。 RAIMONDI / FASANI / PROMET:闸阀,截止阀,止回阀。 SAPAG:橡胶管线大口径水利控制蝶阀。 IECHNAFLOW:刀形闸阀、楔式闸阀、止回阀、聚合物管线阀门。 VANESSA(意大利):金属密封蝶阀。 WINN 、MORIN:高性能蝶阀、橡胶管线蝶阀。 ·FLOWSERVE集团:子公司有 NORDSTROM AUDCO(美国):管线用油密封旋塞阀,压力平衡式旋塞阀。 SERCK AUDCO(英国):管线用油密封旋塞阀,压力平衡式旋塞阀、中线蝶阀、偏心蝶阀。 ARGUS:浮动球阀、固定球阀。 WORCESTER:一体、二体、三体式浮动球阀、气动球阀。 NAF:NAUAL全焊接式球阀、半球球阀、金属密封蝶阀。 MCCANNA:上装式球阀。 MARPAC:双活接头连接球阀。 SCHAMIDT:气动薄膜调节阀。 ECKARDT:高性能调节阀。 P+W:调节阀。 FOXBORO:控制阀执行机构气动装置。 LIMITORQUE(美国):MX、L120、LY电动装置。 NORBRO:阀门定位器、部分迥转电动装置。 GESTRA(德国):蒸汽疏水阀、排污阀、止回阀、温度控制阀、减压阀、压力控制阀。 ·CAMERON(美国):子公司有 W-K-M:上装式固定球管线球阀、三体式固定球管线球阀,单、双板有导流孔平板闸阀,无导流孔平板闸阀。 THORNHILL CRAVER:CHOKE阀(角式节流阀)控制阀执行机构。 FOSTER:单板有导流孔平板闸阀。 DEMCO:中线蝶阀、对平蝶式止回阀、单闸板无导流孔平板式闸阀,部分迥转、多迥转电动装置。 RBIT(美国):升降杆式金属密封球阀、捉式旋塞阀。 CAMERON本部:三体式锻钢管线球阀、全焊接锻钢固定球球阀、上装式固定球球阀。API 6A井口阀。 ·DRESSER(德莱塞):子公司有 CONSOLIDATE:浮动球阀 GROVE:API 6D管线球阀(全焊接式、上装式、三体式)。 MASONEILAN:API 6D平板闸阀。 LEDEEN:API 6A井口装置用平板闸阀。 NIL-COR:安全阀。 TEXSTEEM:阀门执行机构(电动、液动、气动)。 TK VALVE:调节阀 TOMWHEETLEY:蝶阀、截止阀、止回阀。 WHEATLEY:特殊合金阀门。 ·ENTECH GROVP(美国):子公司有 RING-O(意大利):锻钢闸阀、截止阀、止回阀,API 6A井口闸阀,API 6A球阀,API 6D管线D管线球阀(全焊接、上装式、三体式),深海石油用球阀、闸阀,核电阀门。 MANNESMANA(德国):DRV-Z、DRV-G、DRV-B喷嘴式止回阀、KRV-B高动力式止回阀、KRV板式止回阀、轴流式止回阀。 CONTROL SCAL(荷兰):升降杆式金属密封球阀、捉升式旋塞阀。 ·ARCA-VALVE-GROVP(德国)(阿卡控制阀门有限公司):子公司有: INDIED: KOREA:产品有分体式调节阀、HP/LP旁路阀。 ·FISHER(美国)(费希尔控制公司):喷水调节阀、温度调节阀、压力调节阀、减温减压阀、调节阀执行机构及阀门定位器。 ·HONEYWEL(美国)霍尼韦尔:自动排气阀、自力式温度控制阀、自力式压力控制阀、差压控制阀、水利平衡阀、暖气恒温阀、电动两通阀、电动三通阀。 从以上的阀门集团公司看,国外阀门公司正在适应国际市场竞争需要而重组成大的阀门集团公司,对我国的阀门制造企业造成巨大冲击,尤其是进入WTO以后,我国阀门行业面临新的挑战。 2、新一轮的技术创新 当今世界经济向全球化发展,科学技术突飞猛进,一些装置向大型化、高参数化发展。如电厂由300兆瓦向600兆瓦、800兆瓦、1000兆瓦发展,火电向水电、核电发展;乙烯由30万吨/年向100万吨/年发展;煤油厂由500万吨/年向800万吨/年、1000万吨/年发展;化肥由30万吨/年合成氨向52万吨/年尿素、20万吨/年尿素发展;输油、输气管线由短距离、中压向长距离、高压大口径发展。一些新技术的应用,如航空航天技术及其地面试验设备的发展、深海油田的开发、大型冶金设备的需要、城市建设现代化的需要等,对阀门的需求,数量越来越大,参数越来越高。一般情况下,阀门都是作为整机的某个部件而存在的,其材质、结构、加工工艺性、产品质量、可靠性,直接影响着整机的效率、能耗、污染、寿命和安全等各项关键指标。因而,阀门技术的现状及其发展态势,将引起新一轮的技术创新。 第二章 通用阀门结构及零部件名称术语 本章简单介绍闸阀、球阀、截止阀、蝶阀、止回阀等通用阀门普通结构的工作原理及各零部件的名称术语,使初学者对通用阀门有初步了解,具体的分类与结构设计在其他教材或以后的章节中进行描述。 一、通用闸阀结构 闸阀是指启闭件(闸板)沿介质流动方向(通道轴线)的垂直方向移动而实现启闭的阀门。在各种类型的阀门中,闸阀是应用最广泛的一种。闸阀在管路上主要作为切断介质用,即全开或全关使用,可以适用低温低压也可以适用于高温高压,并可根据阀门的不同材质用于各种不同的介质。 当零件16手轮逆时针旋转时,带动零件13阀杆螺母转动,然后阀杆螺母带动零件4阀杆上升,阀杆带动零件3闸板向上升起,直到闸板全部开启,则阀体通道两端介质流通;当手轮16顺时针转动则阀杆螺母13带动阀杆4下降,从而带动闸板3下降,直到全部关闭,则阀体通道介质阻止流通。 1—阀体(Body):与管道直接连接,并控制介质流通的阀门主要零件。 14—压盖螺母(Gland nut) 2—阀座(Seat):安装在阀体上与启闭件组成密封副的零件。 15—锁紧螺母(Lock nut) 3—闸板(disc):用于截断或接通介质的启闭件。 16—手轮(Handwheel) 4—阀杆(Stem):将启闭力传递到启闭件上的主要零件。 17—油杯(Oil Filler) 5—垫片(Gasket) 18—螺栓(Eye Bolt) 6—阀盖(Bonnet):与阀体相连并与阀体构成压力腔的主要零件。 19—螺母(Eye nut) 7—上密封座(Back Seat):当阀门全开时,与阀杆组成密封副阻止介质向填料函处渗透的零件。20—销轴(Pin) 8—填料(Packing):装入填料函中,阻止介质从阀杆处泄漏的填充物。 21—开口销(Split pin) 9—隔环(Distance Ring) 22—螺柱(Stud) 11—压套(Gland) 23—螺母( Nut) 12—压板(Gland Flange) 24—铆钉(Rivet) 13—阀杆螺母(Stem nut):与阀杆螺纹构成运动副的零件。 25—铭牌(Name Plate) 二、通用球阀结构 球阀即以球体作为启闭件的阀门。球阀的主要功能是切断或接通管道中的流体通道,其作用原理很简单:借助手柄或其他驱动装置在阀杆上端施加一定的转矩并传递给球体,旋转90℃,使球体的通道与阀体通道中心线重合或垂直,完成球阀的全开或全关。球阀主要由阀体、阀座、球体、阀杆、手柄(或其他驱动装置)组成。 固定球阀结构 浮动球阀结构 1—阀体(Body) 2—螺母(Nut) 3—螺栓(Bolting) 5—阀杆轴承(Stem bearing) 7—阀杆(Stem) 8、9—键(Key) 12—阀盖(Cover) 13—内六角螺钉(Capscrew) 15—齿轮(Gear) 16—球体(Ball) 17—阀座(Seat) 19—阀座固定(Seat retainer) 20—弹簧(Spring) 22—阀体螺栓(Body bolting) 23—阀体螺母(Body nut) 24—密封(Closure) 25—下阀杆(Lower trunnion) 28—下阀盖(Lower cover) 29—内六角螺钉(Capscrew) 4、10、14、18、26—O型圈(O ring) 6、11、21、27—垫片(Gasket) 三、通用截止阀结构 截止阀是指关闭件(阀瓣)沿阀座中心线移动的阀门。它在管道上主要起切断作用,其优点是结构简单、制造和维修方便,工作行程小,启闭时间短,密封性好,密封面间摩擦力小,寿命较长。其缺点就是流阻系数很大。截止阀主要由阀体、阀盖、支架、阀杆、阀杆螺母、阀瓣、填料函、密封填料、填料压盖及传动装置等零件组成。 作用原理:当零件19手轮逆时针旋转带动阀杆螺母,阀杆螺母顺时带动阀杆转动升起,阀杆因而带动闸板向上升起,直到阀瓣全部开启,则阀体通道两端介质流通;手轮顺时针转动则阀杆螺母带动阀杆下降,阀杆带动阀瓣向下降,直到全部关闭,则阀体通道介质阻止流通。 1—阀体(Body) 2—阀座(Seat) 3—闸瓣(Disc) 4—止推垫(Thrust Plate) 5—阀瓣盖(Disc Cover) 6—阀杆(Stem) 7—垫片(Gasket) 8—阀盖(Bonnet) 9—螺柱(Stud) 10—螺母(Nut) 11—销轴(Pin) 12—开口销(Split pin) 13—压板(Gland Flange) 14—螺栓(Eye Bolt) 15—螺母(Eye nut) 16—阀杆螺母(Stem Nut) 17—垫片(Gasket) 18—螺母(Eye nut) 19—手轮(Handwheel) 20—螺钉(Screw) 21—压套 (Gland) 22—填料(Packing) 23—填料(Packing) 24—隔环(Rivet) 25—密封座(Back Seat) 26—铆钉(Rivet) 27—铭牌(Name Plate) 四、通用蝶阀结构 由驱动轴带动阀瓣以轴线°转动,蝶板全开后占据一定的通流截面,使通道变小的阀门称为蝶阀。蝶阀的主要构成件:阀体、蝶板(阀板)、阀轴、轴套(轴承)、密封圈(阀座)、填料、填料压盖、支架及驱动装置。 作用原理:驱动装置带动蝶板以轴线°转动,蝶板全部开启后,则阀体通道流通,若阀瓣以轴线°转动,阀瓣全部关闭,则阀体通道不流通。 多层次蝶阀 五、通用止回阀结构 止回阀又称逆止阀、单向阀、逆流阀和背压阀。止回阀用于管路系统,靠管路中介质本身的流动产生的力实现自动开启和关闭,属于一种自动阀门,其主要作用是防止介质倒流、防止泵及驱动电动机反转以及容器介质的泄放。止回阀还可用于给其中的压力可能升至超过系统压的辅助系统提供补给的管路上。止回阀主要由阀体、阀盖、阀瓣、曲杆等零件组成。 作用原理:如下图所示,当管道中介质从左向右流动时,在介质的作用力下,推动阀瓣5开启,使得阀体两端的介质流通。当管道中介质从反方向倒流时(图中所示从右向左流动),阀瓣5在介质的作用力下自动关闭,从而防止介质倒流。 1—阀体(Body) 2—阀座(Seat) 3—螺母( Nut) 4—垫片(Gasket) 5—阀瓣(Disc) 6—阀杆(Stem) 7—销轴(Pin) 8—支架(Yoke) 9—阀盖螺母(Bonnet Nut) 10—阀盖螺栓(Bonnet Bolt) 11—垫片(Gasket) 12—阀盖(Bonnet) 13—吊环((Eyebolt)14—铭牌(Name Plate) 15—铆钉(Rivet) 第三章 阀门基础术语 一、公称尺寸(Nominal size) GB/T 1047-2005《管道元件 DN(公称尺寸)的定义和选用 》中定义如下: 公称尺寸是用于管道系统元件的字母和数字组合的尺寸标志,由字母DN和后跟无因次的整数数字组成。这个数字与端部连接件的孔径或外径(用mm表示)等特征尺寸直接有关。 ·公称尺寸是供参考用的一个方便的圆整数,DN后的数字不代表测量值。 ·优先选用的DN数值: DN6 DN100 DN700 DN2200 DN8 DN125 DN800 DN2400 DN10 DN150 DN900 DN2600 DN15 DN200 DN1000 DN2800 DN20 DN250 DN1100 DN3000 DN25 DN300 DN1200 DN3200 DN32 DN350 DN1400 DN3400 DN40 DN400 DN1500 DN3600 DN50 DN450 DN1600 DN3800 DN65 DN500 DN1800 DN4000 DN80 DN600 DN2000 ·长度单位换算关系 工程中常用英制单位表示公称尺寸,示例:NPS 3;NPS表示公称管子尺寸。 1 in.(英寸)≈25.4mm 1 丝=0.01mm 二、公称压力(Nominal pressure) GB/T 1048-2005《管道元件 PN(公称压力)的定义和选用 》中定义如下: 公称压力:与管道系统元件的力学性能和尺寸特性相关、用于参考的字母和数字组合的标识,由PN和后跟无因次的数字组成。 ·公称压力PN后的数字不代表测量值。 ·选用的PN系列数值: DIN 系列 ANSI系列 PN 2.5 PN 20 PN 6 PN 50 PN 10 PN 110 PN 16 PN 150 PN 25 PN 260 PN 40 PN 420 PN 63 PN 100 ·除上述PN系列外,必要时允许选用其他PN数值。 ·管道元件允许压力取决于公称压力PN、材料与设计以及允许的工作温度等,允许压力在相应标准的压力—温度等级表中给出。 ·具有相同PN和DN数值的所有管道元件同其配合的法兰应具有相同的配合尺寸,如密封面尺寸、连接孔数量、大小及中心距等。见下图所示: ·压力单位换算关系 在英、美等国家常采用CLASS(CL)压力级(磅级),日本标准常采用K级。工程应用中常用几种压力单位的换算关系如下: 1 MPa=10bar(巴)=10 kgf/cm2(公斤力) 1000 psi=1000 lbf/in2≈1000×0.453 kgf/(25.4mm)2≈7MPa CL与公称压力PN的关系(参考) CL 150 300 400 600 800 900 1500 2500 PN 20 50 68 110 130 150 260 420 K级与Class压力级对照表 CL 150 300 600 K级 10 20 40 三、压力—温度额定值 压力—温度额定值:是指在指定温度下用表压表示的最大允许工作压力。当温度升高时,最大允许工作压力随之降低。 0Cr18Ni9材料锻钢法兰及阀门的压力—温度额定值(GB/T 9124)示例 公称 压力 工作温度 ℃ ≤20 100 150 200 250 300 350 400 425 450 475 500 510 520 530 最大允许工作压力(MPa) PN 2.5 0.234 0.212 0.191 0.174 0.161 0.150 0.143 0.139 - 0.136 - 0.133 PN 6 0.56 0.51 0.46 0.42 0.39 0.36 0.34 0.33 - 0.33 PN 10 0.94 0.85 0.76 0.70 0.64 0.60 0.57 0.56 - 0.54 0.53 ·压力—温度额定值数据是在不同工作温度和工作压力下正确选用法兰、阀门和管件的主要依据,也是工程设计和生产制造中的基本参数。 ·各国都制订了阀门、管件、法兰的压力—温度额定值标准。我国GB/T9131,美国ASME B 16.5和ASME B 16.34,德国DIN 2401标准等。 四、密封比压/必须比压/许用比压 密封比压是指作用于单位密封面上的平均正压力,实际上指密封面理论计算比压,用q表示。 密封必须比压是指保证阀门密封所需比压,用表示。 密封许用比压是指阀门密封材料允许的最大比压,用表示。 阀门的密封机理见第四章,阀门密封副实现密封的条件如下: 五、结构长度 阀门的结构长度指阀门与管道连接的两个端面(或中心线)之间 的距离。直通式阀门为进、出口端面之间的距离,角式为进口(或出口)端面到出口(或进口)轴线 Face—to—face 图2 end—to—end 图3 face—to—centre ·阀门的结构长度对用户的维修有直接的影响,特别是在已经固定的管线上,要使同类型、同公称压力、同规格的阀门能够互换,必须具有相同的结构长度。 ·我国GB/T 12221 规定了阀门的结构长度,美国ASME B 16.10规定了阀门的结构长度。 六、流量系数 ·流量:单位时间流经管道横截面的流体数量。分质量流量(Qm)与体积流量(Qv)。 ·流量系数:是衡量阀门流通能力的指标,流量系数值越大说明流体流过阀门时的压力损失越小。如果阀门前后的管道直径一致,不可压缩流体统经阀门的能量损失为: 式中:H——单位重量流体流经阀门的能量损失; p1——阀前的压力; p2——阀后的压力; ρ——流体密度; g——重力加速度 A——管道的横截面积; 若上式中各参数采用如下单位:A——cm2 ;ρ——g/ cm2 ; Q——m3/h ; p1、p2——100kPa, 则上式可得到 令 ,C即为流量系数,它与阀门结构、阀前阀后的压差、流体性质等因素有关。 在国际单位制中,流量系数采用Kv表示。Kv的定义:温度5~10℃的水在105Pa压降下,每小时内流过阀门的立方米数。 很多采用英制单位的国家用Cv表示流量系数。Cv的定义:用40~60oF的水,保持阀门两端压差为1psi,阀门全开状态下每分钟流过的水的美加仑数。 Cv=1.167Kv 第四章 阀门密封机理 阀门的密封性能是衡量阀门质量的最重要的指标,也是决定阀门寿命的主要因素。因此,阀门密封副的密封是阀门的关键。任何类型的阀门,不论其工作原理、结构形式、使用场合如何不同,都存在着密封的问题,因而它是研究阀门的共性问题。 阀门的端法兰与管道之间的连接,中法兰与阀盖之间的连接以及填料函与阀杆之间也都存在着密封的问题,前两者属于静密封,后者属于动密封,通常,这些部位的泄漏,介质将溢出系统之外,称外泄漏。本章将不讨论这方面的问题,但有关的密封机理,基本上是相同的。 阀门密封副的密封,其性质按古列维奇的说法,属于定期密封或经常密封的动密封结构,密封副间介质的泄漏通常不会溢出系统故称内泄漏(但如某些安全阀、疏水阀等也有可能溢到系统外)。 本章我们将讨论密封副的密封,主要内容包括密封的机理、影响密封性能的因素,并探讨提高密封性能的途径。 1.与密封有关的一些物理现象 (1)浸润(润湿) 液体内部分子间存在着相互的吸引力,它是由于液体分子的极性而产生的,液体表面(通常是与气体相接触)的分子,由于内部分子的引力作用,其合力的方向是垂直于液体表面而指向液体内部,这个力称液体的内聚力。不同的液体其内聚力的大小不同,但任何液体都是存在着内聚力的。 由于内聚力的作用,液体都是存在着力图缩小其表面积的趋势,使液体表面上只存在着构成表面所绝对必须的质点而没有任何多余的质点留在表面上,所以当液体自由存在时,呈球形,因为同样的体积球形具有最小的表面积。 当液体与固体接触时,液体表面的分子与相接触的固体表面的分子间也存在着相互吸引的作用,这个引力称附着力。当固—液表面间的附着力,大于液体内部的内聚力时,固体表面将被液体所润湿,这种现象称浸润。这时在固体表面上将形成附着于其上的液体边界层(边界层内的液体分子常具有极性且按一定方式定向排列),当液体与固体表面间有相对运动时,边界层具有与固体表面相同的运动速度。 若固—液表面间的附着力小于液体的内聚力时,称不浸润。这时固体表面不被液体所润湿,当固液分离时,不会有液体残存附着于固体表面上。如水银与玻璃。 能够被相接触的液体所浸润的表面称亲水性表面,不能被浸润的固体表面称增水性表面。 液体内聚力的大小与液体的种类有关,如水银具有较大的内聚力而煤油则内聚力较小,内聚力的大小还与温度有关,通常随温度升高,液体分子运动加剧而内聚力减小。此外当液体内溶解了其它溶质也将引起内聚力的变化。 固体表面能否被浸润与固体材料的种类,固体的表面状况(如表面光洁度或粗糙,表面是否有物质附着等)有关,也与相接触的液体种类及温度等有关。 液体的内聚力与液—固表面间的附着力引起一列的物理现象。从静力学角度上如浸润表面张力毛细现象在小截面玻璃仪表中的凸或凹月形面等,从运动学角度上则如液体的粘度,内摩擦,液体在管道中流速的分布以及由于边界层的存在而引起的在导热等方面的影响。 (2)表面张力 如前所述,由于内聚力的作用,液体表面总是有收缩呈球形的趋势,但在实际上,液体不可能自由存在,它的表面总是要与固体,气体或其它液体相接触,而且它还受到重力的作用,所以是准确的球面存在的液体表面,是不易见到的。 由于液体不能保持固定的形状,当它与固体相接触时接触面形状由固体表面来决定,接触面间分子的相互作用与我们研究密封有关的主要是浸润与否。液体与气体的接触面上存在着气体分子与液体表面分子的相互作用但由于气体分子密度小,因而相互吸引力的影响也较小,这时液面的形状还受其周边相接触固体表面的影响和重力作用的影响,因而通常为曲面。由于内聚力是在曲面的法线方向指向液体内部,因而在呈曲面的液体表面上(注意只有当表面为曲面时)就出现表面张力,液体表面就好像是绷紧的膜。 表面张力是沿曲面的切线方向的力,但却无法具体指出其方向,只有当具体确定液体表面上某一线才能确定其上表面张力的方向是垂直于该线而沿曲面的切线方向,不论在液体表面上的线如何选取,表面强力总是在其垂直方向上而且相等相反地同时存在,其合力方向正是指向内部的法线方向,因此表面张力是从单位长度上的力来度量的Pa称表面张力系数δ,20℃水δ = 7.275×10 -2 N / m,汞δ = 0.465 N / m。酒精δ = 2.2×10 -2 N / m。 表面张力是由液体分子内聚力产生的,因而它的大小也和内聚力一样是与液体种类、温度、溶解的溶质状况等因素有关。例如杭州虎跑泉水表面可以承受硬币漂浮,或者已经和杯口水平的可放入不少硬币,使水面明显地的肉眼可见地隆起而不溢出,这就是由于虎跑泉水溶解了某些矿物质的原因,而使它表面张力较一般水大。内聚力越大的液体,表面也就越大。 (3)粘性 当液体运动时,其内部液层间的内摩擦力,阻止它们间发生相对运动,这一性质即为粘性。 所谓液层是人为的,即在流体内沿其运动方向任意分取液层,在接触面上都有内摩擦力存在。 粘性只是在流体运动时才能表现出来。 内摩擦力的产生是由于(a)液体内部分子间的引力即内聚力的作用,即在所取液层界面上分子间的引力作用。(b)液层间的质点交换,即由于液体在流动时,其内部分子存在着不同于宏观流动方向的分子运动,靠边沿的慢速层中分子与靠中心的快速层的分子会产生交换,而造成所谓动量交换,在宏观上使快速层运动速度降低,起阻力作用,使慢速层加速,起拖力作用,即内摩擦现象。 不仅液体而且气体也存在着粘性。 由于液体分子的不规则运动比较微弱,所以对它的粘性起主要作用的是分子间的引力。而气体分子运动活跃,但分子密度小间距大,分子间引力小,故对粘性起主要作用的是分子运动造成的动量交换。 通常随着温度升高,液体粘性下降而气体粘性增加,这是由于温度升高,使液体分子间距离增加从而使对其粘性起主要作用的分子引力(即内聚力)减小,虽然由于温升使分子运动加剧,但动量交换对液体粘性所起的作用甚微。而对气体由于温升造成分子交换频繁而使其粘性增大。 压力对液体的粘性影响很小,当压力升高时液体性将略有升高,通常只是在压力很高时(>200大气压)才考虑其影响。 应指出液体的运动粘度远大于气体,但二者运动粘度的比较接近,这是由于二者密度相差很大的缘故(V = M / ρ)。 流体层间的内摩擦由于其产生的机理与固体间摩擦不同因而它们的性质也完全不同,不能将关于固体内摩擦的规律应用于流体。流体间内摩擦,按牛顿内摩擦定律,具有如下特性。 (a)与流体内速度梯度成正比; (b)与流体层的接触面积成正比; (c)与接触面上压力无关。 度量流体粘性的参数称粘度或粘性系数。 动力粘度μ, τ——流体层间单位面积上的内摩擦力(即切应力) ——速度梯度 按绝对单位制(物理单位)μ的单位是泊(达因·秒/厘米2)或厘泊(1/100泊) 按工程单位制,μ的单位是kgf·sec/m2 按国际单位制,μ的单位是帕·秒(牛顿·秒/米2) 运动粘度V V = μ / ρ ρ——密度 按绝对单位制V的单位是斯(cm2/Sec) 按国际单位制或工程单位制,V的单位是M2 / Sec。 20℃水 μ =1.005×10-3牛顿/米2 V = 1.007×10-6米 20℃空气 μ =1.52×10-5牛顿/米2 V = 1.512×10-5米 (4)毛细现象 毛细现象和浸润现象有密切关系,将细管插入液体中,在管内外将产

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