截止閥是指啟閉件(閥瓣)沿閥座中心線移動的閥門。根據(jù)閥瓣的這種移動形式,閥座通口的變化是與閥瓣行程成正比例關(guān)系。該類閥門的閥桿開啟或關(guān)閉行程相對較短,具有切斷功能。截止閥的閥瓣一旦從關(guān)閉位置移開,它的閥座和閥瓣密封面之間就不再有接觸,因而它的密封面機械磨損小,故其密封性能好。缺點是密封面間可能會夾住流動介質(zhì)中的顆粒。但是,如果把閥瓣訂制成鋼球或瓷球,就能改善這個缺點。由于大部分截止閥的閥座和閥瓣比較容易修理或更換,而且在修理或更換密封元件時無需把整個閥門從管線上拆卸下來,這在閥門和管線焊成一體的場合是使用的。
由于介質(zhì)通過此類閥門時的流動方向發(fā)生了變化,因此截止閥的最小流阻也較高于大多數(shù)其他類型的閥門。然而,根據(jù)閥體結(jié)構(gòu)和閥桿相對于進、出口通道的布局,這種狀況是可以改善的。同時,由于截止閥閥瓣開與關(guān)之間行程小,密封面又能承受多次啟閉,因此它適用于需要頻繁開關(guān)的場合。截止閥可用于大部分介質(zhì)流程系統(tǒng)中,如石化、電力、冶金、城建、化工等部門應(yīng)用了多種用途、形式的截止閥。
截止閥的使用較為普遍,但由于開啟和關(guān)閉力矩較大、結(jié)構(gòu)長度較長,通常公稱尺寸都限制在DN250以下,也可以到DN400,但選用時需注意進出口方向。一般DN150以下的截止閥介質(zhì)大都從閥瓣的下方流入,而DN200以上的截止閥介質(zhì)大都從閥瓣的上方流入。這是考慮到閥門的關(guān)閉力矩所致。為了減小開啟或關(guān)閉力矩,一般DN200以上的截止閥都設(shè)內(nèi)旁通或外旁通閥門。
1)在開啟和關(guān)閉過程中,由于閥瓣與閥體密封面間的摩擦力比閘閥小,因而耐磨。
2)開啟高度一般僅為閥座通道直徑的1/4,因此比閘閥小得多。
3)通常在閥體和閥瓣上只有一個密封面,因而制造工藝性比較好,便于維修。
截止閥的缺點也是不容忽視的。其缺點主要是流阻系數(shù)比較大,因此造成壓力損失,特別是在液壓裝置中,這種壓力損失較為明顯。
截止閥的種類很多,并且有多種分類方法。
1、上螺紋閥桿截止閥
這種截止閥的應(yīng)用比較普遍。它的閥桿螺紋在殼體的外面,不與工作介質(zhì)直接接觸,這樣可以使閥桿螺紋不受介質(zhì)的侵蝕,同時也便于潤滑,操作省力。
2、下螺紋閥桿截止閥
這種截止閥的閥桿螺紋在閥體內(nèi)部,與介質(zhì)介質(zhì)接觸,不僅無法潤滑,而且易受介質(zhì)侵蝕,此種結(jié)構(gòu)的截止閥,多用在公稱尺寸比較小和介質(zhì)工作溫度不高的地方。
3、直通式截止閥
介質(zhì)的進出口通道在同一方向上,呈180°,這種形式的截止閥,使流動狀態(tài)的破壞程度相對較小,因此通過閥門的壓力損失也相應(yīng)減少。
4、角式截止閥
截止閥的進出口通道不在同一方向上而成90°直角。這種形式的截止閥,使通過閥門的介質(zhì)改變流動方向,因此會產(chǎn)生一定的壓力降。角式截止閥的優(yōu)點是可以把閥門安裝在管路系統(tǒng)的拐角處,這樣既節(jié)約了90°彎頭,又便于操作。這類閥門在化肥廠的合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)中和制冷系統(tǒng)中應(yīng)用較多。
5、三通截止閥
具有三個通道的截止閥。通常用于改變介質(zhì)流動方向和分配介質(zhì)。
6、直流式截止閥
閥桿和通道成一定角度的截止閥,其閥座密封面與進出口通道有一定角度,閥體可制成整體式,也可制成分體式。閥體分體式的截止閥用兩閥體把閥座夾在中間,既便于制造又便于維修。這類截止閥使流體幾乎不改變流動方向,是截止閥中流阻最小的。其安裝方式和直通式接近,但應(yīng)注意在管道安裝后便于操作。
7、柱塞式截止閥
柱塞式截止閥使常規(guī)截止閥的變形。在柱塞閥中,其閥瓣和閥座是按柱塞的原理設(shè)計的。把閥瓣設(shè)計成柱塞,閥座設(shè)計成套環(huán),靠柱塞和套環(huán)的配合實現(xiàn)密封。閥門制造工藝簡單,套環(huán)可以用柔性石墨或聚四氟乙烯制成,密封性好,高低溫介質(zhì)均可使用。該閥主要作開啟或關(guān)閉用。但是設(shè)計成特殊形的柱塞和套環(huán)也可以用于流量調(diào)節(jié)。這種閥的缺點是啟閉速度慢。
8、針形截止閥
針形截止閥是作為小范圍流量控制、或者啟閉用的,通常限用于小口徑,一般閥座孔的直徑比公稱尺寸小。
9、內(nèi)壓自密封式閥蓋截止閥
主要適用于高溫高壓的管路系統(tǒng)中,閥體內(nèi)腔中壓力越高閥蓋的密封性越好。
10、螺紋焊接式閥蓋截止閥
這種截止閥的閥體與閥蓋為螺紋連接,然后再用焊接密封。確保閥體與閥蓋的連接處無外漏。該種結(jié)構(gòu)多應(yīng)用于石化和電力行業(yè)。
1、非金屬密封材料截止閥
軟密封截止閥:密封面材料用聚四氟乙烯、橡膠、尼龍、對位聚苯、柔性石墨等軟質(zhì)材料的截止閥。
硬密封截止閥:密封面材料用氧化鋁、氧化鋯等陶瓷材料的截止閥。
2、金屬密封材料截止閥
密封副材料由金屬材料構(gòu)成的截止閥。
1、平面密封
閥體密封面與閥瓣密封面均由平面構(gòu)成。這種密封面便于機械加工,制造工藝簡單。
2、錐面密封
閥體密封面與閥瓣密封面均制成圓錐形。這種密封副密封省力,介質(zhì)中的雜物不易落在密封面上。
3、球面密封
閥體密封面制成小的圓錐面,而閥瓣是可以轉(zhuǎn)動的,硬度較高的球體。這種密封副適用于高溫、高壓場合。密封省力,密封好、使用時間長。這種密封形式只適用于較小口徑的閥門。
1、真空截止閥:工作壓力低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的截止閥。
2、低壓截止閥:公稱壓力≤PN16的截止閥或公稱壓力級<CL150的截止閥。
3、中壓截止閥:公稱壓力PN25~PN63或公稱壓力級CL150~CL400的截止閥。
4、高壓截止閥:公稱壓力PN100~PN800或公稱壓力級CL600~CL4500的截止閥。
1、高溫截止閥:t>450℃的截止閥。
2、中溫截止閥:120℃<t<450℃的截止閥。
3、常溫截止閥:-29℃≤t<120℃的截止閥。
4、低溫截止閥:-100℃<t≤-29℃的截止閥。
5、超低溫截止閥:t≤-100℃的截止閥。
法蘭連接截止閥、內(nèi)螺紋連接截止閥、外螺紋連接截止閥、焊接連接截止閥、夾箍連接截止閥、卡套連接截止閥。
根據(jù)截止閥密封副的材料不同,截止閥可使用金屬密封和非金屬密封。使用金屬密封及非金屬陶瓷密封時,不但需要密封比壓高,而且需要四周均勻,以達到所需的密封性。根據(jù)以上要求,密封副的結(jié)構(gòu)設(shè)計有多種,其密封原理及密封力的計算也不盡相同。
平面密封的優(yōu)點是接觸面密和時無摩擦,因此對關(guān)閉件的導(dǎo)向要求并不重要,對密封面材料抗擦傷的要求也不嚴(yán)格。同時,由于管道應(yīng)力而使密封面圓度受變形時,也不會影響密封面的密封性能。缺點是介質(zhì)中的固體顆粒和沉淀物易損傷密封面。其密封原理是當(dāng)介質(zhì)從閥瓣下方流入時,所施加的密封力須等于或大于密封面上所產(chǎn)生的必須比壓和介質(zhì)向上的作用力之和。當(dāng)介質(zhì)從閥瓣上方流入時,所施加的密封力就等于或大于密封面上所產(chǎn)生的必須壓力力和介質(zhì)的作用力之差。
把密封面做成錐形,使接觸面變窄。這種密封在一定的密封力作用下,其密封比壓增加,容易達到密封。在確保密封的前提下,和平面密封相比,所施加的密封力較小。由于狹窄的密封面不易使閥瓣正確地落在閥座上,為了達到好的密封性能,須對閥瓣進行導(dǎo)向。閥瓣進行導(dǎo)向后,就可達到較好的密封性能。閥瓣在閥體中導(dǎo)向時,閥瓣所收到流動介質(zhì)的側(cè)向推力由閥體承受,而不是由閥桿來承受,這就進一步增強了密封性能和填料密封的可靠性。另一方面,錐形密封是在摩擦的情況下配合,所以密封材料須能耐擦傷。錐面密封和平面密封相比,受固體顆粒和介質(zhì)沉淀物的損傷相對少一些,但也不宜在含有固體顆粒和介質(zhì)沉淀物的介質(zhì)中使用。這樣的密封主要用于沒有顆粒的介質(zhì)中。其密封原理是當(dāng)介質(zhì)從閥瓣下方流入時,所施加的密封力須等于或略大于密封面上所產(chǎn)生的必須比壓力和介質(zhì)向上的作用力之和。當(dāng)介質(zhì)從閥瓣上方流入時,所施加的密封力就等于或大于密封面上所產(chǎn)生的必須比壓力和介質(zhì)的作用力之差。
為了改善錐形密封的強度而又不至犧牲其密封應(yīng)力,把密封面錐半角做成15°,這就提供了較寬的密封面,使閥瓣能更容易地與閥座密封。為了達到較高的密封應(yīng)力,閥座密封面開始與閥瓣接觸部分較窄,其余留有的錐度部分可稍長些。當(dāng)密封負(fù)荷增大時,閥瓣滑入閥座的程度加深,因而增加了密封面寬度。這種密封面的設(shè)計不像窄密封面那樣容易受沖蝕損壞。此外,由于錐形面較長,使閥門的節(jié)流特性得到改善。
把閥瓣做成球形,閥座做成錐形。閥瓣的球體在閥桿的孔內(nèi)能自由轉(zhuǎn)動。因此閥瓣能在閥座上作一定范圍的轉(zhuǎn)動而進行調(diào)整。由于兩密封面的接觸將近成一線,即線密封,故密封應(yīng)力較高,容易密封。又由于閥瓣球體可使用硬質(zhì)合金或陶瓷材料,因此可以做高溫截止閥用。缺點是密封線形接觸容易受沖蝕而損壞。所以閥座應(yīng)選擇耐沖蝕的材料。球面密封的截止閥可適用于介質(zhì)中帶有微小固體顆粒的氣體或液體。其密封原理是當(dāng)介質(zhì)從閥瓣下方流入時,所施加的密封力須等于或略大于密封面上所產(chǎn)生的必須比壓和介質(zhì)向上的作用力之和。當(dāng)介質(zhì)從閥瓣上方流入時,所施加的密封力須等于或略大于密封面上所產(chǎn)生的必須比壓力和介質(zhì)向下的作用力之差。
徑向密封是指柱塞式截止閥的密封,其密封原理是在柱塞閥中,其閥瓣和閥座是按柱塞的原理設(shè)計的。把閥瓣設(shè)計成柱塞,閥座設(shè)計成套環(huán),套環(huán)的材料可以使用柔性石墨或聚四氟乙烯,閥座由上套環(huán)、隔離環(huán)和下套環(huán)組成,用閥蓋壓緊?恐吞篆h(huán)之間的緊密配合來實現(xiàn)密封。
根據(jù)實際工況進行選擇,可根據(jù)現(xiàn)場管道連接方式、使用介質(zhì)性質(zhì)、使用介質(zhì)壓力、使用介質(zhì)溫度、閥體材質(zhì)、密封材質(zhì)、需實現(xiàn)的功能、操作方式等方面進行截止閥選型。