第二章常用阀门的结构原理及用途精品版.docx
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第二章常用阀门的结构原理及用途精品版
第二章常用阀门的结构、原理及用途
本章我们用解剖的方法，来介绍常用阀门的结构、原理及用途。
2.1闸阀
图2-1明杆式闸阀
闸阀，也叫闸板阀、闸门阀，是广泛使用的一种阀门。
它的闭合原理是，闸板密封面与闸座密封面高度光洁、平整与一致，互相贴合，可阻止介质流过，并依靠顶楔、弹簧或闸板的楔形，来增强密封效果。
它的优点是：
流体阻力小；启闭较省劲（不包括密封面咬住等特殊情况）；可以在介质双向流动的情况下使用，没有方向性；全开时密封面不易冲蚀；结构长度短，不仅适合做小阀门，而且适合做大阀门。
它在管路中主要起切断作用。
它的动作特点是，关闭件（闸板）沿闸座中心线的垂直方向移动。
闸阀可按闸杆上螺纹位置分为两类。
（一）明杆式
阀杆螺纹露在上部，与之配合的阀杆螺母装在手轮中心，旋转手轮就是旋转螺母，从而使阀杆升降。
如图2-1所示。
图2-2暗杆式闸阀图2-3平行式闸阀
这种阀门，启闭程度可以从螺纹中看出，便于操作；对于阀杆螺纹的润滑和检查很方便；特别是螺纹与介质不接触，可避免腐蚀性介质的腐蚀，所以石油化工管道中采用较多。
但螺纹外露，容易粘上空气中的尘埃，加速磨损，故应尽量安装于室内。
（二）暗杆式
阀杆螺纹在下部，与闸板中心螺母配合，升降闸板依靠旋转阀杆来实现，而阀杆本身看不出移动。
如图2-2所示。
这种阀门的唯一优点是，开启时阀杆不升高，适合于安装在操作位置受到限制的地方。
它的缺点很明显，启闭程度难以掌握，阀杆螺纹与介质接触，容易腐蚀损坏。
从闸板构造来分，也有两类。
（一）平行式
密封面与垂直中心线平行，一般做成双闸板。
见图2-3。
撑开两个闸板，使其与阀座密封面可靠密合，一般是用顶楔来实现的，除上图所示上顶式之外，还有下顶式，如图2-4所示。
有的阀门也用弹簧，如图2-5那样。
图2-4下顶式双闸板图2-5弹簧式双闸板
图2-6楔式双闸板阀门
（二）楔式
密封面与垂直中心线成一角度，即两个密封面成楔形。
楔形倾角的大小，要看介质的温度；一般来说，温度越高，倾角越大，以防温度变化时卡住。
楔形闸阀有双闸板（图2-6）和单闸板（图2-1、图2-2）两种。
单闸楔式阀门中，有一种弹性闸阀，它能依靠闸阀的弹性变形，来弥补制造中密封面的微量误差。
如图2-7所示。
注意闸板形状，它的周围留有孔隙，因此许可产生一定变形。
闸阀可以做得很大，例如两米口径。
但大口径闸阀，往往需要外力来开动。
图2-8是一个电动闸阀。
纵观各种闸阀，可以发现，在楔式闸阀中，双闸板式比较容易制作，对温度的敏感性不突出，所以在蒸汽和水中常用。
平行式双闸板也有类似优点，制造修理更简便，对温度的适应性稍差。
各种双闸板，都不适应于腐蚀性介质和粘性介质，所以在石油、化工管路中经常使用楔式单闸板阀门。
楔式单闸板阀门，结构简单，使用牢靠，但修理比较困难，主要是密封面的加工研磨，很不容易达到要求。
图2-7弹性闸阀图2-8电动闸阀
闸阀的共同缺点是：
高度大；启闭时间长；在启闭过程中，密封面容易被冲蚀；修理比截止阀困难；不适用于含悬浮物和析出结晶的介质；也难于用非金属耐腐蚀材料来制造。
2.2截止阀
截止阀，也叫截门、球心阀、停止阀、切断阀，是使用最为广泛的一种阀门。
它所以广受欢迎，是由于开闭过程中，密封面之间摩擦力小，比较耐用；开启高度不大；制造容易，维修方便；不仅适用于中低压，而且适用于高压、超高压。
它的闭合原理是，依靠阀杆压力，使阀瓣密封面与阀座密封面紧密贴合，阻止介质流通。
截止阀只许介质单向流动，安装时有方向性。
它的结构长度大于闸阀，同时流体阻力较大，长期运行时，它的密封可靠性也不强。
一般截止阀，公称通经不超过200毫米。
图2-9直通式截止阀图2-10直角式截止阀
图2-11直流式截止阀
截止阀的动作特性是，关闭件（阀瓣）沿阀座中心线移动。
它的作用主要是切断，也可粗略调节流量，但不能当节流阀使用。
截止阀可按通道方向分三类：
1）、直通式：
进出口通道成一直线，但经过阀座时要拐90°的湾。
如图2-9所示。
2）、直角式：
进出口通道成一直角。
如图2-10所示。
3）、直流式：
进出口通道成一直线，与阀座中心线相交。
这种截止阀，阀杆是倾斜的。
如图2-11所示。
直通式截止阀安装于直线管路，由于操作方便，用得最多。
但它的流体阻力大，对于阻力损失要求严的管路，使用直流式为好。
但直流式阀杆倾斜，开启高度大，操作不便。
直角式截止阀安装于垂直相交的管路，常用于高压。
2.3旋塞阀
旋塞阀是最古老的阀门之一，它依靠旋塞体绕阀体中心线旋转，以达到开启与关闭的目的。
旋塞阀由阀体、旋塞和阀盖三个基本组成部分组成。
旋塞一般是锥形或柱形，并开有让流体通过的孔。
它的作用是切断、分配和改变介质流向。
如图2-12所示。
操作时只须旋转90°，让流体通过，再旋转90°关闭阀门；
它的优点是结构简单；操作快；外形尺寸小；流体阻力也不大。
它的应用比较广泛，特别是低压、小口径和介质温度不高的场合。
它的缺点是开关费力，密封面容易磨损，高温高压时容易卡住，不适宜于调节流量。
旋塞阀有两个基本形式，一种是非润滑型的旋塞阀，它采用摩擦系数小的材料来减低旋塞面和阀座之间的摩擦。
另一种是润滑型的旋塞阀，它在润滑面上开有能压进润滑油的槽或沟，在操作时需提升旋塞。
图2-12旋塞阀
2.4球阀
球阀出现很早，推广使用较晚。
球阀的推广使用，是加工技术的发展和新材料不断出现的结果。
球阀的动作原理与旋塞阀一样，都是靠旋转阀芯来使阀门畅通或闭塞；球阀的阀芯是一个带孔的球，当该孔的中心轴线与阀门进出口的中心轴线重合时,阀门畅通;当旋转该球90度，使该孔的中心轴线与阀门进出口的中心轴线垂直时，阀门闭塞。
球阀与旋塞阀相比，开关轻便，相对体积小，所以可以做成很大通经的阀门。
球阀密封可靠，结构简单，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀。
目前，球阀已在石油、化工、发电、食品、原子能、航空、火箭等部门广泛使用。
图2-13浮动球阀
球阀可分两类：
（一）浮动球式，
（二）固定球式。
（一）浮动球阀
它的球体有一定浮动量，在介质压力下，可向出口端位移，并压紧密封圈。
这种球阀结构简单，密封性好。
但由于球体浮动，将介质压力全部传递给密封圈，使密封圈负担很重；考虑到密封圈承载能力的限制，又考虑到大型球阀如采用这种结构形式，势必操作费劲，所以只作为中低压小口径阀门。
结构如图2-13。
（二）固定球阀
它的球体是固定的，不能移动。
通常上下支承处装有滚动轴承或滑动轴承，开闭较轻便。
这种结构适合于制作高压大口径阀门。
如图2-14所示。
图2-14固定球阀
1、阀体2、球体3、滚动轴承4、阀盖5、密封圈6、支架7、变速箱8、阀杆9、垫片10、弹性密封套筒11、过渡套筒12、弹簧13、螺栓14、阀座密封圈
阀座密封圈，常用聚四氟乙烯做成，因为它摩擦系数小，耐腐蚀性能优异，耐温范围宽阔（-180到+200℃）。
也用聚三氟氯乙烯，它比前者耐腐蚀性能稍差，但机械强度高。
橡胶密封性能很好，但耐压、耐温性能较差，只用于温度不高的低压管路。
此外，尼龙等朔料，也可在一定条件下使用。
大型球阀，可以做成机械传动，如图2-14所示。
还可以由电力、液力、气力来操作。
球阀与旋塞阀一样，可以做成直角、三通、四通等形式。
2.5蝶阀
蝶阀，也叫蝴蝶阀，顾名思义，它的关键性部件好似蝴蝶逆风，自由回旋。
如图2-15所示。
实际上，它的阀瓣是圆盘，围绕阀座内的一个轴旋转。
旋角的大小，便是阀门的开闭度。
这种阀门具有轻巧的特点，比其他阀门要节省许多材料；结构简单；开闭迅速（只需旋转90°）；切断和节流都能用；流体阻力小；操作省劲。
在工业生产中，蝶阀日益得到广泛的使用。
但它用料单薄，经不起高压高温，通常只用于风路、水路和某些气路。
蝶阀，可以做成很大口径。
大口径蝶阀，往往用蜗轮蜗杆或电力、液压来传动。
能够使用蝶阀的地方，最好不要使用闸阀，因为蝶阀比闸阀要经济，而且调节流量的性能也要好。
图2-15蝶阀
2.6节流阀
节流阀，也叫针形阀，外形跟截止阀并无区别，但阀瓣形状不同，用途也不同。
它以改变通道面积的形式来调节流量和压力。
有直角式和直通式两种，都是手动的。
通常用于压力降较大的场合。
但它的密封性能不好，作为截止阀是不合适的。
同样，截止阀虽能短时间粗略调节流量，但作为节流阀也不行，当形成狭缝时，高速流体会使密封面冲蚀磨损，失去效用。
最常见的节流阀阀瓣为圆锥形的。
如图2-16所示。
用这种阀瓣做成的节流阀也是最常见的节流阀。
见图2-17。
图2-16圆锥形阀瓣图2-17节流阀
2.7逆止阀
逆止阀是依靠流体本身的力量自动启闭的阀门。
它的作用是阻止介质的倒流。
它的名称很多，如止回阀、单向阀、单流门等。
按结构可以分为两类：
（一）升降式（Lift）
阀瓣沿着阀体垂直中心线移动。
这类逆止阀又有两种：
一种是卧式，装于水平管道，阀体外形与截止阀相同，见图2-18；另一种是立式，装于垂直管道，图2-19便是。
对于夹式逆止阀，是立式逆止阀的一种。
图2-18卧式升降式逆止阀图2-19立式升降式逆止阀
（二）旋启式（Swing）
阀瓣围绕座外的销轴旋转。
这类阀门又有单瓣、双瓣和多瓣之分，但原理是一样的。
这类阀门可以适合于水平管道和垂直管道,其优点是由该类阀门引起的压降小。
图2-20是单瓣旋启式逆止阀。
图2-20单瓣旋启式逆止阀图2-21吸水底阀
常见的吸水底阀（图2-21），就是逆止阀的变形，它的内部结构与上述两类逆止阀相同，只是它的下端是开畅的，以便让水进入。
2.8安全阀
图2-22弹簧式安全阀
图2-23带扳手的双弹簧微启式安全阀
安全阀是一种自动阀门，它不借助任何外力而是利用介质本身的能力来排出一额定数量的介质，以防止系统内压力超过预定的安全值。
当压力恢复正常后，阀门再行关闭并阻止介质外流。
安全阀，也叫安全门或保险阀；是一种自动机构，它在介质压力超过工作压力时自动开启，而在压力回降到工作压力或略低于工作压力时又自动关闭。
安全阀可以分成三个基本类型（如果把很久以前就不用的弹簧平衡式包括进去，就是四类）。
三类型分别是：
a.弹簧式（图2-22和图2-23）
b.脉冲式
c.杠杆式（图2-24）
尽管人们熟悉杠杆式，并加以提倡，有的还优先选用它们，但弹簧式仍然是最通用的一种。
图2-22是弹簧式安全阀的一种。
它的作用原理是，弹簧力与介质作用于阀瓣的正常压力相平衡，使密封面密合；当介质压力过高时，弹簧受到压缩，使阀瓣离开阀座，介质从中泄出；当压力回降到正常值时，弹簧力又将阀瓣推向阀座，密封面重新密合。
在一些重要部位往往使用带扳手的双弹簧微启式安全阀。
这种结构形状如图2-23所示。
脉冲式安全阀，就是一个大的安全阀（主阀）和一个小的安全阀（辅阀）配合动作，通过辅阀的脉冲作用带动主阀启闭。
大的安全阀比较迟钝，小的安全阀则比较灵敏。
将通向主阀的介质与辅阀相连通，压力过高时，辅阀开启，介质从旁路进入主阀下面的一个活塞，推动活塞将主阀打开。
压力回降时，辅阀关闭，主阀活塞下的介质压力降低，主阀瓣也跟着下降密合。
这种安全阀结构复杂，只有在通经很大的情况下才采用。
杠杆式安全阀（重锤式）安全阀，是一种古老的阀门。
它依靠杠杆和重锤来平衡阀瓣的压力。
通过重锤在杠杆上的移动，调整压力的大小。
它与弹簧式安全阀比较，显得笨重而迟钝。
好处是因为没有弹簧，不怕介质的热影响，所以至今还在某些锅炉上使用。
结构形状如图2-24。
图2-24杠杆式安全阀
安全阀，按阀瓣开启高度与阀座通经之比分两种：
比数为1/20－1/10的叫微启式，比数为1/4－1/3的叫全启式。
又根据阀体的构造分两种：
一种叫封闭式安全阀，它的排泄介质全部通过排泄管引到一定地方放掉（如图2-22）；另一种，排泄介质出密封口后立即散失于空间，叫不封闭式安全阀（如图2-24）。
安全阀，大量使用于锅炉、受压容器和管路中。
2.9减压阀
减压阀按作用原理可分为自动式或他动式。
自动式减压阀是通过启闭件（阀瓣）的节流作用，将阀门进口端的压力降至某一个需要的出口压力，并在阀门进口端压力及流量发生变化时，能利用自身介质的能量，自动的调节流量保持出口端压力基本稳定的阀门。
它动式减压阀，是将压力变化转化为电信号，再通过电信号去控制执行机构使阀门动作，保持出口压力基本稳定在调定值的阀门。
活塞式减压阀：
利用活塞作灵敏元件来带动启闭件（阀瓣）运动的阀门。
它的作用原理，可参看2-25。
由图可知，活塞式减压阀由阀体、阀盖、活塞、弹簧、主阀、脉冲阀、膜片等组成。
阀体下部，装有主阀弹簧，支承主阀，使主阀与阀座处于密封状态。
阀体上部的活塞，又与主阀阀杆相配合，在活塞受到介质压力后，便推动主阀，使其开启。
阀盖内装有脉冲阀弹簧和阀座，阀座上附有膜片。
最顶端，装有调节弹簧和螺钉，可旋动此螺钉，调整需要的工作压力。
阀门出厂时，主阀和脉冲阀都是关闭的，使用时，通过顺时针方向旋转调节螺钉，顶开脉冲阀。
介质压力经“
”通道进入脉冲阀，然后进入“S”通道（虚线），推动活塞，使主阀开启，介质由A处流向B处。
进入B处的介质，它的压力通过“
”通道，到达膜片下的空间，膜片所承受的力，足以抵制调节弹簧的力时，膜片即向上移动，脉冲阀渐趋闭合，使流入B处的介质减少，压力减低；反之，B处压力过低，调节弹簧又压开脉冲阀，使介质流量增加，B处压力提高。
这种正反两方面的作用，使B处压力恒定于一定误差范围之内。
B处压力是可以通过调节螺钉加以调节的。
但一般减压阀，进、出口压力之差必须不小于1.5kg/cm2。
同一种减压阀，又有不同减压压力段。
如公称压力Pg=16kg/cm2的减压阀，就有2-3kg/cm2、2－8kg/cm2、7－11kg/cm2三种减压压力段，使用时应根据不同要求加以选择。
压力段的区别是用不同的弹簧来实现的。
这种减压阀，体积小，开启行程大，耐温性能好，虽然制造难度高，比较娇气等缺点，仍然广泛地用于蒸汽管路，也用于空气和清净液体管路。
图2-25活塞式减压阀
1、阀体2、阀盖3、活塞4、汽缸5、活塞环6、主阀7、主阀弹簧8、主阀座9、脉冲阀10、脉冲阀阀座11、脉冲阀弹簧12、膜片13、调节弹簧14、调节螺钉15、帽盖16、螺塞17、端盖18和19、垫片
2.10隔膜阀
图2-26隔膜阀工作原理
隔膜阀的结构形式，与一般阀门很不相同，它是依靠柔软的橡胶膜或塑料膜来控制流体运动的。
工作原理如图2-26所示。
隔膜阀的优点是：
1），流体阻力小；2），能使用于含硬质悬浮物的介质；3），由于介质只跟阀体和隔膜接触，所以无须填料函，不存在填料函泄漏问题，对阀杆部分无腐蚀的可能；
图2-27屋脊式隔膜阀
4），容易对阀体衬里，只要对衬里材料和隔膜进行恰当的选择，便可适应广泛的腐蚀介质。
隔膜阀可按结构形式分三类。
概率论期末试卷及答案1）屋脊式，叫突缘式，是最基本的一类。
它的结构形状如图2-27所示。
从图中可以看出，阀体是衬里的；隔腊阀阀体衬里，就是为了发挥它的耐腐蚀特性。
这类结构，除直通式之外，还可做成直角式。
如图2-28所示。
2）
3）武术期末考试试卷截止式，结构形状与截止阀相似。
见图2-29。
这种形式的阀门，流体阻力比屋脊式大，但密封面积大，密封性能好，可用于真空度高的管路。
图2-28直角式隔膜阀图2-29截止式隔膜阀
梦想的力量教学反思
教学资源网站3）闸板式，结构形式与闸阀相似。
见图2-30。
闸板式隔膜阀，流体阻力最小，适合于输送粘性物料。
新学期教学工作隔膜材料，常用天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、异丁橡胶、氟化橡胶和聚全氟乙丙烯塑料（F46）等。
探索发现生命尔雅答案隔膜阀的缺点是耐压不高，一般在6公斤/厘米2之内；耐温性能也受隔膜的限制，一般只能耐60℃、80℃，最高（氟化橡胶）也不超过180℃。
期中质量检测分析图2-30闸板式隔膜阀
有限空间作业试题1，开度标尺 ２，手轮 ３，轴承
新教师听公开课４，阀杆螺母 ５，阀杆 ６，阀盖
７，压闭圆板 ８，隔膜 ９，阀体
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