阀门选型设计指南.docx
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阀门选型设计指南
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第1章阀门的基础知识
1.1概述
阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截断、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。
1.2阀门用途
阀门是一种管路附件。
它是用来改变通路断面和介质流动方向，控制输送介质流动的一种装置。
1.3阀门分类
阀门的种类繁多，随着各类成套设备工艺流程的不断改进，阀门的种类还在不断增加。
但总的来说可分为两大类。
1）自动阀门。
依靠介质（液体、空气、蒸汽等）本身的能力而自行动作的阀门。
如安全阀、减压阀、止回阀、疏水阀等。
2）驱动阀门。
借助手动、电力、液力或气力来操纵启闭的阀门。
如闸阀、截止阀、节流阀、调节阀、蝶阀、球阀等
此外，阀门还有以下几种分类方法。
（1）按结构特征，即根据关闭件相对于阀座的移动方向可分为：
1）截门形：
关闭件沿着阀座的中心线移动，如图1-1所示。
2）闸门形：
关闭件沿着垂直于阀座中心线的方向移动，如图1-2所示。
3）旋塞和球形：
关闭件是柱塞或球体，围绕本身的轴线旋转，如图1-3所示。
4）旋启形：
关闭件围绕阀座外的轴线旋转，如图1-4所示。
5）蝶形：
关闭件为一圆盘，围绕阀座内的轴线旋转（中心式）或阀座外的轴线旋转（偏心式），如图1-5所示
6）滑阀形：
关闭件在垂直于通道的方向上滑动，如图1-6所示。
（2）按阀门的用途不同可分为：
1）接通或截断管路中的介质。
如闸阀、截止阀、球阀、旋塞阀、隔膜阀、蝶阀等。
2）调节、控制管路中介质的流量和压力。
如节流阀、调节阀、减压阀、安全阀等。
3）改变管路中介质流动的方向。
如三通或四通球阀、旋塞阀等。
4）阻止管路中的介质倒流。
如各种不同结构的止回阀、底阀等。
5）分离介质。
如各种疏水阀等。
6）指示和调节液面高度。
如各种疏水阀等。
7）其他特殊用途。
如温度调节阀、流量调节阀等。
1.4阀门的压力和结构长度
1.4.1阀门的公称压力
阀门的公称压力PN是一个用数字表示的及压力有关的标示代号，是仅供参考用的一个方便的圆整数。
同一公称压力（PN）值所标示的同一公称通径（DN）的所有管路附件具有及端部连接形式相适应的同一连接尺寸。
PN的单位以MPa表示。
欧、美各国惯用Class表示公称压力。
Class和公称压力PN的对照，可参见下表，
1.4.2阀门的结构长度
阀门的结构长度是指阀门及管道连接的两个端面（或中心线）之间的距离，用字母L表示，其单位为mm，如下图所示。
阀门的结构长度对用户的维修有直接影响，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，因此，结构长度必须是标准的。
国内船用阀门的结构长度标准采用GB11698-89船用法兰连接金属阀门的结构长度（本标准由大连造船厂主编。
标准适用于公称通径为10~800mm，公称压力为0.1~6.4MPa，法兰连接尺寸按GB2501的船用金属阀门的设计、制造和验收。
本标准参照采用ISO5752-82）。
注：
GB11698-89船用法兰连接金属阀门的结构长度可在我们外部服务器图书馆中船用阀门手册里查到。
第2章阀门的选择
2.1阀门的类型
在选择阀门类型的同时，应首先了解每种类型阀门的结构特点和它的性能。
阀门启闭件有四种运动方式，即闭合式、滑动式、旋转式、夹紧式，每种运动方式都有其优缺点。
各种运动方式的优缺点见下表。
2.1.1截止阀（GlobeValve）
2.1.1.1概述
截止阀是指关闭件（阀瓣）沿阀座中心线移动的阀门。
根据阀瓣的这种移动形式，阀座通口的变化是及阀瓣行程成正比例关系。
由于该类阀门的阀杆开启或关闭行程相对较短，而且具有非常可靠的切断功能，又由于阀座通口的变化及行程成正比例关系，非常适合于对流量的调节。
因此，这种类型的阀门非常适合作为切断或调节以及节流使用。
截止阀可以安装在水平管路上，也可以安装在垂直管路上。
截止阀最明显的优点是：
由于截止阀瓣开及关之间行程小，密封面又能承受多次启闭，因此它很适用于需要频繁开关的场合；由于只有一个密封面，因而制造工艺性比较好，便于维修。
截止阀的缺点是：
由于流阻系数比较大，因此造成压力损失，特别是在液压管系和设备中，这种压力损失尤为明显；由于开启和关闭力矩较大、结构长度较长，通常公称通径都限制在250mm以下。
2.1.1.2截止阀的分类
1.按结构形式分类
（1）上螺纹阀杆截止阀。
这种截止阀的应用比较普遍。
它的阀杆螺纹在壳体的外面，不及工作介质直接接触，这样可以使阀杆螺纹不受介质的侵蚀，同时也便于润滑，操作省力，如下图所示。
（2）下螺纹阀杆截止阀。
这种截止阀的阀杆螺纹在阀体的内部，及介质直接接触，不仅无法润滑，而且易受介质侵蚀，此种结构的截止阀，多用在公称通径比较小和介质工作温度不高的地方，如下图所示。
（3）直通式或直角式截止阀
2.按密封形式分类
（1）平面密封。
阀体密封面及阀瓣密封面均由平面构成。
这种密封面便于机械加工，制造工艺简单
（2）锥面密封。
阀体密封面及阀瓣密封面均制成圆锥形。
这种密封省力，亦可靠，介质中的杂物不易落在密封面上。
（3）球面密封。
阀体密封面制成很小的圆锥面，而阀瓣是可以灵活转动的、硬度较高的球体。
这种密封使用于高温、高压场合，并且只适用较小口径的阀门。
2.1.1.2截止阀的选用原则
截止阀是应用最广的阀类之一，其选用原则是：
（1）管路上对流阻要求不高的管路上。
即对压力损失考虑不大的地方。
（2）小型阀门可选用截止阀，如针阀、仪表阀和取样阀等。
（3）有流量调节或压力调节，但对调节精度要求不高，而且管路直径又比较小的地方。
2.1.2闸阀（GateValve）
2.1.2.1概述
闸阀在各类阀门中也是应用比较广泛的一种。
闸阀是指关闭件（闸板）沿通道轴线的垂直方向移动的阀门，在管路上主要作为切断介质用，即全开或全关使用。
一般，闸阀不可作为调节流量使用。
它可以适用低温低压也可以用于高温高压等多种场合。
闸阀具有如下优点：
（1）流体阻力小；
（2）启、闭所需力矩较小；
（3）介质的流向不受限制；
（4）全开时，密封面受工作介质的冲蚀比截止阀小；
（5）形式结构比较简单，制造工艺性较好；
（6）结构长度比较短
闸阀的缺点如下：
（1）外形尺寸和开启高度都较大，所需安装的空间亦较大；
（2）在启闭过程中，密封面间有相对摩擦，磨损较大，甚至在高温时容易引起擦伤现象；
（3）一般闸阀都有两个密封面，维护困难；
（4）启、闭时间长。
闸阀有各种不同的结构形式，闸阀可分为平板闸阀和楔式闸阀，升降杆（明杆）闸阀和旋转杆（暗杆）闸阀，船用闸阀普遍选用明杆式。
闸阀只有直通式且没有节流作用，闸阀可以安装在水平管路上，也可以安装在垂直管路上。
2.1.2.2平板闸阀
平板闸阀是一种关闭件为平行闸板的滑动阀，其关闭件可以是单闸板或是其间带有撑开机构的双闸板。
闸板向阀座的压紧力是由作用于浮动闸板或浮动阀座的介质压力来控制。
如果是双闸板平板闸阀，则两闸板间的撑开机构可以补充这一压紧力。
带有导流孔的平板闸阀安装在管路上还可直接用清管器进行清管。
平板闸阀的优点是流阻小，耐高压，可用于带悬浮颗粒的介质，如泥浆。
平板闸阀的缺点是当介质压力低时，金属密封面的密封力不足以达到最优的密封效果。
而且，闸板在切断高速和高密度介质流时，会产生剧烈的振动。
平板闸阀适用的场合：
在船舶行业，平板闸阀主要用于石油、天然气的开采井口装置，选用暗杆浮动阀座带导流孔的单闸板或双闸板的平板闸阀，多为API6A标准；带有悬浮颗粒介质的管道，选用刀形平板闸阀。
其平板闸阀的典型结构可参见下图。
2.1.2.3楔式闸阀
楔式闸阀使用楔形闸板的目的是为了提高辅助的密封载荷，以使金属密封的楔式闸阀既能保证高的介质压力密封，也能对低的介质压力进行密封。
楔式闸阀的阀体上设有导向机构，可防止闸板在开启或关闭时旋转，从而保证密封面相应对准，以减少密封面的磨损。
但是楔式闸阀无法设置导流孔，且阀杆的热膨胀也会使密封面过载；楔式闸阀的密封面比平板闸阀更容易夹杂流动介质所带的固体颗粒。
和平板闸阀一样，楔式闸阀也不适用于进行节流。
通常，使用条件或要求密封性可靠，高压、低压、低噪音、有气穴和汽化现象的地方，推荐使用楔式闸阀。
另外，楔式闸阀主要是用于开关次数较少的场合。
其楔式闸阀的典型结构可参见下图。
2.1.3蝶阀（ButterflyValve）
2.1.3.1概述
蝶阀是用圆盘式启闭件往复回转90°左右来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。
蝶阀不仅结构简单、体积小、重量轻、材料耗用省，安装尺寸小，而且驱动力矩小，操作简便、迅速，并且还可同时具有良好的流量调节功能和关闭密封特性，是近十几年来发展最快的阀门品种之一。
蝶阀在完全开启时，具有较小的流阻，当开启在大约15°至70°之间时，又能进行灵敏的流量控制，因而在大口径的调节领域，蝶阀的应用非常普遍，并将逐步成为主导阀型。
由于蝶阀阀板的运动带有擦拭性，故大多数蝶阀可用于带悬浮固体颗粒的介质，依据密封件的强度也可以用于粉状和颗粒状介质。
蝶阀可以水平安装，也可以竖直安装。
2.1.3.2蝶阀的分类
1.按结构形式分类
（1）中心密封蝶阀
（2）单偏心密封蝶阀
（3）双偏心密封蝶阀
（4）三偏心密封蝶阀
2.按密封面材质分类
（1）软密封蝶阀
（2）金属硬密封蝶阀
3.按连接方式分类
（1）对夹式蝶阀
（2）法兰式蝶阀
（3）吊耳式蝶阀
（4）焊接式蝶阀
（5）卡箍式蝶阀
2.1.3.3蝶阀的密封原理
1.中线蝶阀的密封原理
其密封原理为，阀板加工时保证起密封面具有合适的表面粗糙度值，合成橡胶阀座在模压成形时形成密封面合适的表面粗糙度值。
阀门关闭时，通过阀板的转动，阀板的外圆密封面挤压合成橡胶阀座，使合成橡胶阀座产生弹性变形而形成弹性力作为阀门的密封。
中线蝶阀的典型密封结构如下图：
2.单偏心密封蝶阀的密封原理
（1）结构特性。
阀板的回转中心（即阀门轴中心）位于阀体的中心线上，且及阀板密封截面形成一个α尺寸偏值。
如下图所示。
（2）密封原理。
由于阀板的回转中心（即阀门轴中心）及阀板密封截面按α偏心设置，使阀板及阀座上的密封面形成一个完整的整圆，因而在加工时更易保证阀板及阀座密封面的表面粗糙度值。
以下是单偏心蝶阀的几种常用结构图。
（3）单偏心密封蝶阀的特点。
1）结构较中线型密封蝶阀复杂，成本稍高；
2）密封性能较中线型密封蝶阀更好；
3）使用寿命较中线型密封蝶阀更长，正向受压也较高。
2.1.4旋塞阀（PlugValve）
旋塞阀是关闭件成柱塞形的旋塞阀，通过旋转90°使阀塞上的通道口及阀体上的通道口相通或分开，实现开启或关闭的一种阀门。
阀塞的形状可成圆柱形或圆锥形，如下图所示。
旋塞阀最适合于作为切断和接通介质以及分流使用，但是依据使用的性质和密封面的耐冲蚀性，有时也可用于节流。
由于旋塞阀密封面之间运动带有擦拭作用，而在全开是可完全防止及流动介质的接触，故它通常也能够用于带悬浮颗粒的介质。
旋塞阀广泛的应用于油田开采和输送设备上，同时也可以作为放泄阀来使用。
旋塞阀可以水平安装，也可以垂直安装。
旋塞阀连接方式可以分为：
1）法兰式
2）螺纹式
3）焊接式
4）卡箍式
5）卡套式
2.1.5球阀（BallValve）
2.1.5.1概述
球阀是由旋塞阀演变而来的，它的启闭件为一个球体，利用球体绕阀杆的轴线旋转90°实现开启和关闭的目的。
球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向，设计成V形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。
球阀不仅结构简单、密封性好，而且在一定的公称通径范围内体积小、重量轻、材料耗用少、安装尺寸小，并且驱动力矩小，操作简便、易实现快速启闭，是近十几年来发展最快的阀门品种之一。
球阀可以水平安装，也可以垂直安装。
球阀的优点是：
（1）具有最低的流阻（可以考虑为零）；
（2）可以应用于腐蚀性介质和低沸点液体中；
（3）在较大的压力和温度范围内，能实现完全密封；
（4）可实现快速启闭，操作无冲击；
（5）球阀关闭件能在边界位置上自动定位；
（6）结构紧凑，布置方便
球阀最主要的阀座密封圈材料就是聚四氟乙烯（PTFE），它对几乎所有的化学物质都是惰性的，且具有摩擦系数小、性能稳定、不易老化、温度适用范围广和密封性能优良的综合性特点。
球阀在完全开启时，流阻很小，几乎等于零，因此等径球阀广泛应用于石油天然气和液压油管线中，并且容易清扫管线。
由于球阀的球体在启闭过程中带有擦拭性，故大多数球阀可用于带悬浮固体颗粒的介质中，依据密封圈的材料也可用于粉状和颗粒状的介质。
2.1.5.2球阀的分类
球阀可以分为浮动式球阀和固定式球阀，如下图所示。
（1）浮动式球阀
浮动式球阀的阀体内有两个阀座密封圈，在它们之间夹紧一个球体，球体上有通孔，通孔的直径等于管道的内径，称全径球阀；通孔的直径小于管道的内径，称缩径球阀。
球体借助于阀杆可以自由地在阀座密封圈中旋转。
在开启时，球孔及管道孔径对准，以保证管道工作介质阻力最小，阀球靠加给两阀座密封圈的预紧力和介质压力将球体紧紧压在出口端的阀座密封圈上，从而保证阀门完全密封，这种密封属于强制密封。
浮动式球阀主要用于小口径，中低压力的场合。
（2）固定式球阀
固定式球阀主要使用及高压大口径的球阀中。
这种球阀可以将底部的支承作用力从阀座密封圈传递到球体的半轴上，这样子可以大大减少操纵阀门所需的转矩，这是固定式球阀及浮动式球阀的最根本的区别所在。
2.1.6止回阀（CheckValve）
2.1.6.1概述
止回阀又称为逆流阀或单向阀。
这类阀门是靠管路中介质本身的流动产生的力而自动开启和关闭的，属于一种自动阀门。
止回阀的主要作用是防止介质倒流，一般来讲，泵的出口都需要安装止回阀。
止回阀根据材质的不同，可以适用于各种介质的管路上。
止回阀在关闭的瞬间会产生可能对管路系统有破坏作用的“水锤”现象。
水锤是压力管道中瞬变流动中的一种压力波，它是由于压力管道中流体流速的变化而引起的压力升跃或下降的水力冲击现象。
其产生的物理原因是流体的不可压缩性、流体运动惯性及管材弹性的综合作用结果。
2.1.6.2止回阀的分类
止回阀几乎是所有船用泵件不可缺少的机械元件，其种类也是很多的。
1.按结构形式分类根据止回阀结构及其关闭件及阀座的相对位移方式，止回阀可以分为：
（1）旋启式止回阀。
这类止回阀的关闭件阀瓣绕置于阀座外的销轴旋转，如下图。
旋启式止回阀是最常用的一种止回阀，它可以水平安装或垂直向上安装（管路的流向由下至上），多用于口径较大的场合。
（2）升降式止回阀。
这类止回阀的关闭件阀瓣沿着阀体中腔轴线移动，如下图。
以上两种升降式止回阀只能用于水平管道的安装，多用于小口径、空气介质的场合。
（3）蝶型止回阀。
蝶型止回阀是阀瓣围绕阀座内的销轴旋转的止回阀，如下图。
这种止回阀的结构比较简单，容易制造和维护，成本低，但是密封性较差。
蝶型止回阀可以水平安装或垂直向上安装（管路的流向由下至上），不适用于高压的工作场合。
（4）管道式止回阀。
为阀瓣沿着阀体中心线滑动的止回阀，如下图。
这种止回阀体积较小、重量较轻、加工工艺性好，但流体的阻力略大。
管道式止回阀可以水平安装，也可以垂直安装。
（5）对夹板式止回阀。
该阀门利用在阀体上的槽、穿销钉来固定阀瓣，靠介质的压力开启和关闭。
如下图。
这种阀门主要用于管路布置比较拥挤的地方，比如泵舱。
对夹板式止回阀可以水平安装或垂直向上安装（管路的流向由下至上）。
2.1.7安全阀（SafetyValve）
2.1.7.1概述
安全阀用在受压设备、容器或管路上，作为超压保护装置。
当设备、容器或管路内的压力升高超过允许值时，阀门自动开启，继而全量排放，以防止设备、容器或管路内的压力继续升高；当压力降低到规定值时，阀门应自动及时关闭，从而保护设备、容器或管路的安全运行。
安全阀可以由阀门进口的系统压力直接驱动，在这样情况下是由弹簧或重锤提供的机械载荷来克服作用在阀瓣下方的介质压力。
它们还可以由一个机构来先导驱动，该机构通过释放或施加一个关闭力来使安全阀开启或关闭。
因此，按照上述驱动模式将安全阀分为直接作用式和先导式。
安全阀可以在整个开启高度范围或在相当大的开启高度范围内比例开启，也可能仅在一个微小的开启高度范围内比例开启，然后突然开启到全开位置。
因此，可以将安全阀分为比例式和全启式。
2.1.7.2安全阀的种类
安全阀。
一种自动阀门。
它不借助任何外力，而是利用介质本身的力来排出一额定数量的流体，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继续流出。
（1）弹簧式安全阀。
利用压缩弹簧的力来平衡阀瓣的压力，并使其密封的安全阀。
该型式安全阀结构简单、灵敏度高，安装位置没有严格限制。
（2）先导式安全阀。
该安全阀把主阀和辅阀设计在一起，通过辅阀的脉冲作用带动主阀动作。
这种结构通常用于大口径、大排量及高压系统。
（3）比例式安全阀。
一种在整个开启高度范围或在相当大的开启高度范围内比例开启或关闭的安全阀。
（4）全启式安全阀。
一种仅在微小开启高度范围内比例开启，随后就突然开启到全开位置的安全阀。
开启高度不小于1/4流通直径。
在安全阀的阀瓣处设有反冲盘，借助于气体介质的膨胀冲力，使阀瓣开启到足够的高度，从而达到排量要求。
这种结构的安全阀使用较多，灵敏度亦较高。
（5）微启式安全阀。
是一种仅用于液体介质的直接作用式安全阀。
开启高度在1/40～1/20流道直径范围内，即安全阀的阀瓣开启高度很小，适用于液体介质和排量不大的场合。
由于液体介质是不可压缩的。
少量排出即可使压力下降。
（6）全封闭式安全阀。
安全阀开启排放时，介质不会向外界泄漏，而全部通过排泄管排放掉。
这种结构适用于易燃、易爆和有毒介质。
（7）半封闭式安全阀。
安全阀开启排放时，介质一部分通过排泄管排放，而另一部分从阀盖及阀杆的配合处向外泄漏。
这种结构的安全阀适用于一般蒸汽和对环境无污染的介质。
（8）敞开式安全阀。
安全阀开启排放时，介质不引到管道或容器内，而直接由阀瓣上方排放到大气中。
这种安全阀适用于对环境无污染的介质。
2.1.8减压阀（PressureReducingValve）
2.1.8.1概述
减压阀是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。
2.1.8.2减压阀的分类
1．直接作用式减压阀。
利用出口压力变化，直接控制阀瓣运动的减压阀。
这类减压阀在船舶行业被广泛的应用。
另外，波纹管直接作用式减压阀的敏感度较高，且波纹管材料多为奥氏体不锈钢，可以耐高温，所以波纹管直接作用式减压阀通常用于船用蒸汽系统。
2．先导式减压阀。
由主阀和导阀组成，出口压力的变化通过放大来控制主阀动作的减压阀，这类阀门通常用在控制精度要求比较高的化工行业。
2.1.8.3减压阀的选用原则
1．减压阀进口压力的波动应控制在进口压力给定值的80%-105%，如果超出该范围，减压阀的性能会受影响。
2．通常减压阀的阀后压力应小于阀前压力的0.5倍。
3．在介质温度较高的场合，一般选用波纹管直接作用式减压阀
4．介质为空气或水的场合，一般宜选用直接作用式减压阀。
5．为了操作、调整和维修的方便，减压阀一般应安装在水平管道上。
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