幾種常用閥門的特點探討

賈延超， 井啟慶，趙理生

(1.蘇州中本碩機電工程有限公司，江蘇 蘇州 215011；2.青海鹽湖工業股份有限公司，青海 格爾木 816000；3.新疆天利高新石化股份有限公司,新疆 獨山子 833699)

近些年來，國家對安全環保的高規格要求、石化項目的苛刻操作條件以及相關技術標準規范的升級都加強了對球閥質量的嚴格要求。閥門是壓力管道系統中量大面廣的重要壓力管道元件，來主要功能是分配、混合、分離介質(分流或溢流)，防止介質倒流(防止逆流)，截斷和連接介質(截斷、導流)，調節介質的流量、壓力(穩壓、穩流)等。相對而言，閥門的結構復雜、品種繁多、技術含金量高、規格趨嚴。根據不同的使用功能，按照動力作用可分類為依靠外力作用進行動作的驅動閥門(球閥、閘閥、截止閥、旋塞閥、開關閥、切斷閥等)和依靠介質自身作用進行動作的自動閥門(安全閥、止回閥、疏水閥、減壓閥等)。在閱讀國內外閥門相關的資料的基礎上，結合在現場實際工作中的寶貴經驗，闡述了閥門的分類及其優缺點。

1 常見閥門的分類

1.1 按照閥門的用途分類

(1)當操作壓力超過或者低于設定值時，為保證管路系統和設備的安全平穩，需排出或者吸入一定量的流體，如事故閥、安全閥、呼吸閥、單吸閥、單呼閥等。

(2)生產過程中用來調節介質的流量、壓力的閥門如調節閥(氣動、液動、電動等類型)、減壓閥。

(3)為避免介質倒流，防止對泵葉輪有沖擊破壞的發生，止回閥是有行之有效的管路元件。

(4)用來切斷或者連通介質的閥門如球閥、閘閥、截止閥、蝶閥等。

1.2 按照動力分類

(1)依靠氣體、液體、電能、人力等外力進行動作的閥門被稱為驅動閥門，例如：球閥、閘閥、截止閥、節流閥等。

(2)依靠介質本身的作用進行動作的閥門被稱為自動閥門，例如：止回閥、疏水閥、減壓閥等。

1.3 按照驅動方式分類

(1)當驅動力較小時，借助于人力，搬動手柄、手輪甚至是杠桿的手動閥門。當驅動力較大時，采用齒輪、渦輪蝸桿等減速裝置的機械驅動閥門。

(2)借助于壓縮空氣來驅動的氣動閥門。

(3)借助于水、油來驅動的液動閥門。

(4)借助于電氣裝置來驅動的電動閥門。

2 常見閥門的類型和優缺點

2.1 球閥

球閥是指閥芯(帶孔的球)繞閥體中心線旋轉運動來達到開啟和關閉的一種閥門。球閥分為固定球閥和浮動球閥。

2.1.1 浮動球閥的特點和性能

浮動式球閥的閥芯是浮動的。當浮動球閥關閉時，閥芯球體頂端的扁槽與閥桿底端的扁榫的接觸面與介質壓力方向一致，在壓力的作用下，球體沒有固定的樞軸限位，沿著壓力的方向向出口端移動并緊壓在出口端的密封端面。隨著介質操作壓力的波動，球體在流道內可以來回運動，即所謂的浮動，故稱浮動式球閥。不過，由于介質壓力通過浮動的球體全部傳遞到密封圈上，因此密封圈受到的荷載比較大。如果介質壓力比較大，球體將被緊緊壓死在密封圈上，造成球體轉動困難，操作費力。同時，較大的壓力作用下，勢必要求球閥密封圈要具有較大的沖擊承載力，這樣的球閥在制造工藝上受限，造價成本也不經濟。如果浮動球閥的口徑較大，球體隨之增大，重量隨之變重。由于沒有下發干支撐球體，故下半部的閥座支撐較重的球體，易造成閥座下半部磨損。因此，浮動球閥適用于DN50及其以下的小口徑、300Lb及其以內的中低壓管路系統。

受到工藝和制造的約束，浮動式球閥的密封性能相對較好，體積較小，重量較輕，結構簡單，小口徑，中低壓的介質工作壓力。

2.1.2 固定球閥的特點和性能

固定球閥的球體通過螺釘、壓蓋、填料函把上下閥桿與球體固定，故稱為固定球閥。介質壓力的作用下，通過浮動的閥座產生位移，密封圈緊壓在球體處，形成密封面。一般地，固定球閥的驅動方式可采用帶側裝手輪的普通齒輪箱，實現手輪操作?；蛘咴陂y桿上下支撐處安裝滑動或滾動軸承。這樣固定球閥的轉動扭矩小，啟閉輕便，適用于高壓和大口徑的閥門管路工況。

2.2 閘閥

閘閥的啟閉件是閘板，閘板由閥桿帶動并隨之一起沿閥座密封面做直線升降運動，垂直于流體方向。當閘閥部分開啟時，介質在閘板背面會形成渦流，容易沖蝕閘板并引起閘板的振動，造成閥座的密封面損壞。因此，閘閥在管路中一般不作調節介質流量使用，主要起到切斷流體的作用，適用于閥門全開或全關的工況。

按照閘板結構把閘閥可分為楔形式閘閥和平行式閘閥。與閥桿中心線有一定的角度，密封面成楔形，故稱之為楔形式閘閥，一般地，制造成單閘板閘閥。當介質溫度較高時，為防止楔形密封面熱漲卡死，所以閘閥密封面的傾角隨之增大。密封面與閥桿中心線平行，故稱為平行式閘閥，一般地，制造成雙閘板。

按照閥桿螺紋的位置把閘閥可分為明桿式閘閥和暗桿式閘閥。明桿式閘閥的閥桿螺母安裝在手輪中心，旋轉手輪時，手輪只做圓周運動不做上下運動，而帶有傳動螺紋的閥桿在閥體外部帶動閘板做上下運動，根據閥桿的運動方向和位置便可直觀地判斷閘板啟閉程度。暗桿式閘閥的帶有傳動螺紋的閘桿位于閥體內部，開關時，手輪與閥桿是相對靜止且做旋轉運動，閘板通過閥桿在固定點的轉動下在閥體內實現上升和下降動作的。因此，啟閉閘閥時，明桿式閘閥是可以看到閥桿的，暗桿式閘閥是看不到閥桿的。同時，安裝閘閥時，明桿式閘閥的閥桿上下移動較大，閥門全開時的總高度較大，所需的安裝空間較大；而暗桿式閘閥的優點是即使閥門全開時，閥門的總高度仍然不變，安裝空間相對較小。

明桿式閘閥的閥桿在閥體外，不接觸介質，受腐蝕侵蝕危害較小，同時便于閥桿的潤滑與保養。但是外露的閥桿在潤滑油的作用下易臟，故較多安裝在室內。暗桿式閘閥的閥桿與介質接觸，被腐蝕的概率大，且不便潤滑。

相對地，閘閥對溫度的敏感性不突出，溫度變化不宜引起卡澀堵住現象，通常應用于水、蒸汽系統。雙閘板閘閥安裝在粘性介質和腐蝕性介質工況中易粘結生銹，影響密封，故石化管道系統中不常使用雙閘板閘閥。

總之，閘閥的體型相對較大，重量大，安裝空間較大；啟閉過程中，密封面容易受到流體渦流的沖蝕磨損；適用于水、蒸汽系統，不便于安裝在粘稠、腐蝕性介質管路系統。

2.3 截止閥

關閉截止閥時，通過閥桿向閥瓣施加外力，使閥瓣與閥座強制密封，是強制密封性閥門。

截止閥按介質流通通道方向可分為進出口成180°，經過閥座要拐90°的直通式截止閥，進出口成90°的直角式截止閥以及進出口成180°，閥桿傾斜與閥座中心線成銳角的直流式截止閥。

直通式截止閥操作方便，應用廣泛，但流體阻力大，對壓力損失要求較小的管路，不適合選用。直流式截止閥流體壓降損失較小，但閥桿傾斜安裝，不利于控制開啟范圍，不便于操作。直角式截止閥的流體方向只改變一次，故壓降較小，常用于安裝在高壓系統的垂直相交的管路。

截止閥的啟閉是閥瓣沿著閥座中心線移動，主要起切斷作用，也有粗調流量的作用，故常用于調節閥組的旁路。

2.4 止回閥

當介質順流時，止回閥的閥瓣會自動開啟；當介質反流時，閥瓣自動關閉，防止介質倒流，保護閥后的管道元件正常運行。止回閥可分為蝶形止回閥、旋啟式止回閥和升降式止回閥。

升降式止回閥的下部在結構上與直通式截止閥相似，順流時靠介質壓力打開，逆流時靠自重關閉。故臥式升降式止回閥適于安裝在水平管道上，立式升降式止回閥適于安裝在垂直管道上。流體通過升降式止回閥的圓盤狀閥瓣，流動阻力較大，故適用于較小口徑的工況。因為升降式止回閥的公稱直徑大，相應的閥瓣體積大，質量重。如果管道壓力等級較小的話，升降式止回閥閥瓣前后的壓差比閥瓣的自重還小，此時的閥門就沒有實際工作意義了。故升降式止回閥不適用于大口徑的管道系統。

旋啟式止回閥的閥瓣繞內裝搖臂軸做旋轉運動，與升降式止回閥相比，流體通過旋啟式止回閥的通道比較寬敞，壓力降較小，流體阻力較小，流量較大，適用于DN50及其以上大口徑的場合。旋啟式止回閥的安裝位置不受限制，但如果要安裝在垂直管道上時，為防止靜電產生或者滿管輸送，要求介質的流向應由下至上。

蝶式止回閥結構簡單，安裝位置不受限制，流阻較小，水錘壓力亦較小。

3 總結

閥門在管路系統中的重要性決定了對其高規格的可靠性要求,認識閥門，了解閥門，掌握閥門越來越重要。分析閥門閥門的特點，研究閥門存在的漏洞及發展趨勢。堅持研究閥門失效機制，加強閥門質量監督,建立閥門運行可靠性評估，逐步提高閥門在工業生產的安全保障。

[1]王志文,惠 虎,關凱書,等.對中國壓力容器分析設計標準的發展展望[J].壓力容器,2013,30(3):38-44.

[2]王文博.壓力容器設計的一般要求及技術進展[J].科技創新與應用,2013(2):62.

[3]鄭津洋,黃 冰,孫國有,等.歐美壓力容器設計技術進展[J].壓力容器,2002,19(1):39-42.

[4]陳學東,王 冰,關衛和,等.我國石化企業在用壓力容器與管道使用現狀和缺陷狀況分析及失效預防對策[J].壓力容器,2001,18(5):43-53.

[5]陳學東,崔 軍,章小滸,等.我國壓力容器設計、制造和維護十年回顧與展望[J].壓力容器,2012,29(12):1-23.

[6]雷萬慶,楊 松,楊文建.壓力容器制造行業焊接、熱處理技術的發展[J].大型鑄鍛件,2004(2):44-50.

[7]賈國棟.對我國特種設備檢驗監督的思考-基于新公共管理理論的視角[J].宏觀質量研究,2013,1(2):36-42.

[8]鄭津洋,董其伍,桑芝富,等.過程設備設計[M].北京:化學工業出版社,2001:143.

[9]劉 穎,尹志榮,尹華川,等.以企業為中心的技術創新體系建設研究[J].企業技術開發,2013,32(21):5-6,10.