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(dòng)，即習慣上稱(chēng)為“低進(jìn)高出”，這樣當閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，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(mén)關(guān)閉嚴密的情況下，還可進(jìn)行填料的更換工作。其缺點(diǎn)是閥門(mén)的關(guān)閉力較大，較大口徑的閥門(mén)很難實(shí)現密封。因此，有時(shí)也使介質(zhì)由閥座上方往下流動(dòng)，即習慣上稱(chēng)為“高進(jìn)低出”，由于介質(zhì)壓力作用于閥瓣的上方，閥門(mén)很容易實(shí)現密封，但這樣閥門(mén)的開(kāi)啟力矩較大，容易造成密封填料的泄漏并且不能在線(xiàn)更換閥門(mén)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(mén)的關(guān)閉力矩所致。為了減少開(kāi)啟或關(guān)閉力矩，一般DJV200以上的截止閥都設內旁通或外旁通閥門(mén)。

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

對于截止閥的介質(zhì)流向問(wèn)題，國外的閥門(mén)公司和一些科技文獻也有闡述，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(shí)，通常把進(jìn)口安裝在閥座下方。必須仔細檢查，避免安裝錯誤。如果節流環(huán)境特別嚴酷，建議安裝截止閥時(shí)應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(mén)處于更加穩定的狀態(tài)，磨損降到zui小，外部噪聲也比較小。由于關(guān)閉閥門(mén)所需的力矩較小，操作閥門(mén)也比較容易。但是， 應該注意到填料處于恒負載狀態(tài)。一般的截止閥適合用于適度的節流應用。一般而言，通徑足夠大的截止閥（例如管道內水流速度在15?25ft/s之間，蒸汽流速在200?300ft/s之間），節流后的流量不應該小于*開(kāi)啟狀態(tài)流量（流量系數大約為全沖程的20%） 的35%以下。如果節流條件比較嚴酷，小于*流量的35%，就應該由應用部門(mén)分析并決定在可能的空化、沖蝕、噪聲和振動(dòng)現象下的適用性。

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

如果介質(zhì)從閥瓣上方流入時(shí)，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(guò)40?60kN,則關(guān)緊帶有旋轉升降閥桿和金屬密封手動(dòng)載止閥就不會(huì )太費力。對于金屬密封手動(dòng) 截止閥，采用非旋轉閥桿和滾子軸承支撐閥桿螺母。 當流體載荷為70?100kN時(shí)也能關(guān)緊，具體的流體

載荷大小取決于閥門(mén)結構和泄漏標準。介質(zhì)從閥瓣下方流入有一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)，即閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，填料函不會(huì )受到上游的壓力，但是，它也存在缺點(diǎn)，如果閥門(mén)切斷的是諸如蒸汽之類(lèi)的熱介質(zhì)，則閥門(mén)關(guān)閉之后， 閥桿的收縮將導致密封泄漏。

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(huì )增大，從而大大增加閥門(mén)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(guò)40?60kN，則關(guān)閉帶有旋轉閥桿手動(dòng)載止閥就不會(huì )太費力。當采用非旋轉閥桿且用滾子軸承支撐閥桿螺母時(shí)，可以克服70?100kN的流體載荷而手動(dòng)開(kāi)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(kāi)啟之前給下游加壓，從而幫助截止閥開(kāi)啟。

（1） 截斷

截止閥是截斷閥門(mén)中的一種，用來(lái)截斷或接通管路中的介質(zhì)，不宜用來(lái)調節介質(zhì)的壓力或流量。如果長(cháng)期處于節流狀態(tài)，密封面會(huì )被介質(zhì)沖蝕，不能保證其密封性。

（2） 節流

理論上截止閥適合于節流使用，此時(shí)閥瓣的zui小 開(kāi)啟高度應為20%的開(kāi)度；否則由流動(dòng)誘發(fā)的振動(dòng) 可能會(huì )導致閥門(mén)的損壞。

當截止閥用于節流工況時(shí)，需要更換其閥瓣，用 于節流的截止閥，其閥瓣結構見(jiàn)“節流閥”章節。

截止閥的種類(lèi)很多，并且有多種分類(lèi)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(lèi)；按照閥瓣的結構形式可分為閥 瓣平衡式截止閥和閥瓣非平衡式截止閥兩大類(lèi)；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，這種設計還不足以防止軟質(zhì)密封件的起火燃燒，為防止該種閥門(mén)失效，就必須擴大閥座以外的進(jìn)口通道，使進(jìn)口通道的一端形成一個(gè)口袋，以便使高溫氣體集聚在離開(kāi)密封件以外的地方。在設計軟質(zhì)密封面時(shí)，要著(zhù)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構。這種軟密封結構的閥門(mén)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(mén)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(méi)有損傷，更換閥瓣的軟密封件，閥門(mén)的性能就能很快恢復如初。

（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構圖及效果圖，盡管閥體采用了T形結構，但是在閥體內腔進(jìn)口通道側鑄造出來(lái)與水平方向呈45°的閥座，這就使得閥門(mén)的流道呈直線(xiàn)形，達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(mén)的密封性能好。

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

①免維護；.

②低流阻，良好的流通性；

③節流功能；

④暗桿設計（內螺紋提升）；

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(shí)具有防結露功能；

⑩閥體可*保溫，可以節約能源。

該閥門(mén)主要用于一10?120°C的熱水系統、供熱系統及空調系統中。

（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構圖， 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氣管路系統。

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”是因為它的連接端是在一條軸線(xiàn)上，但其流體通道并非真正意義的“直通”， 而是相當曲折的。流體必須有90°轉彎，方可通過(guò)閥座， 然后再折回90°才能恢復到原來(lái)的方向。在鑄造閥門(mén)里， 通道的形狀和面積由于閥門(mén)尺寸和壓力額定值的不同也有所不同。其典型的結構如圖5~14和圖5~15所示。

圖5-16所示為Z形通道截止閥的結構。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(xiàn)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(huì )大大增加流體的壓力損失，此外應該注意的是，轉折的銳角在流體工 況中會(huì )有汽蝕現象產(chǎn)生。

（2）角式截止閥

追溯截止閥的發(fā)展歷史，zui初開(kāi)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。為了達到更好的調節特性，閥瓣可設計成爪形或裙式。由于流向的改變，閥體會(huì )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(mén)口徑規格和流體密度的影響，有可能會(huì )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。大多數工業(yè)用角式截止閥為螺栓閥蓋式，鑄鋼制造，也會(huì )使用青銅、不銹鋼和雙相鋼材料等。角式截止閥常見(jiàn)的尺寸規格和壓力等級通常為DN50?250 （NPS2?10），Class 150?800。超出此范圍通常會(huì )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。兩個(gè)安全閥裝在一個(gè)三通截止閥上，當其中一個(gè)安全閥需要隔離或者維修時(shí)，另外一個(gè)安全閥可以正常運行。由于內部結構的原因，三通截止閥流阻很大。流體方向的改變會(huì )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(chǎng)的閥門(mén)一般采用對焊連接以克服法蘭連接會(huì )產(chǎn)生泄漏的問(wèn)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重的內漏現象，尤其在電力系統更為嚴重。目前，閥門(mén)工程師及電廠(chǎng)技術(shù)人員都在努力通過(guò)改進(jìn)閥門(mén)的結構、密封面材料等各種方法來(lái)試圖解決閥門(mén)內漏問(wèn)題，從而涌現出具有特殊結構的新型閥門(mén)。比較典型的結構有：硬質(zhì)合金球面密封截止閥、Y形截止閥、帶節流套筒截止閥等，但效果并不理想。而內漏對電力生產(chǎn)所造成的能源損耗確實(shí)是不容忽視的。因此，*內漏，節約能源是當今電力生產(chǎn)系統的當務(wù)之急。

通過(guò)到各電廠(chǎng)調研和與電廠(chǎng)技術(shù)人員的深入交流，發(fā)現內漏的根本原因在于閥門(mén)密封副在開(kāi)關(guān)瞬間造成的沖刷。閥門(mén)在開(kāi)啟和關(guān)閉的瞬間，由于密封面間的間隙很小，閥門(mén)的壓差（相當于閥門(mén)入口壓力）很大，從而導致介質(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。對于鍋爐排污系統和疏水系統上的關(guān)斷閥，由于介質(zhì)為飽和水，閥門(mén)關(guān)閉或開(kāi)啟的瞬間，閥門(mén)所承受的壓差很大，密封面間既產(chǎn)生嚴重沖刷，同時(shí)又會(huì )在節流處下游產(chǎn)生汽蝕，從而引起內漏。排污系統和疏水系統在鍋爐啟動(dòng)初期，特別是在新機組或大修后的機組啟動(dòng)過(guò)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)箱內的雜物等）很多，在閥門(mén)關(guān)閉或開(kāi)啟瞬間，密封面間極易夾雜固體顆粒而造成壓傷，引起閥門(mén)關(guān)閉不嚴，致使密封面很快被沖刷壞。由此可見(jiàn)， 造成閥門(mén)內漏的原因主要是沖刷和壓傷引起的。

針對這種現象，閥門(mén)技術(shù)人員在閥門(mén)結構上進(jìn)行了大膽創(chuàng )新，采用雙閥瓣結構，使主密封面避免了高速介質(zhì)的強烈沖刷。在材料上采用鉆基合金堆焊，密封面硬度可以超過(guò)45HRC，很大程度上減少了閥門(mén)的內漏問(wèn)題。

①用途抗沖刷截止閥適用于水、汽管道上， 作啟閉裝置。其典型應用場(chǎng)合為汽機疏水、給水疏水、加熱器疏水、鍋爐疏水、過(guò)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)抗沖刷截止閥各項性能指標*符合JB/T3595—2002《電站閥門(mén)一般要求》和美國ASME相關(guān)規范的要求。

③工作原理和結構說(shuō)明為避免介質(zhì)高速沖刷， 閥門(mén)采用倒流（高進(jìn)低出）結構，閥門(mén)密封副采用先節流并阻斷臟物，再利用節流后的介質(zhì)使密封面得到自清潔，從而*解決了內漏問(wèn)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(kāi)始節流，阻斷較大固體顆粒進(jìn)到閥瓣和閥座錐形密封面處，只有細小顆粒的污物還會(huì )進(jìn)入到閥門(mén)錐面密封空間。此時(shí)介質(zhì)的zui大流速發(fā)生在閥瓣和閥座環(huán)形空間內，從而使閥門(mén)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流中段，是針對圖5-40位置時(shí)進(jìn)入截止閥密封面上的細小顆粒物而設計的。此時(shí)介質(zhì)通過(guò)閥瓣和閥座間的細小空隙產(chǎn)生的高速氣流或水流對密封面起到一個(gè)吹掃的作用，從而使污物無(wú)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)現了抗沖刷截止閥的全部功能。 

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