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阀门是用来控制管道内介质的,具有可动机构的机械产品的总体。阀门的种类很多,使用范围也很广。在管路中有时它是主要设备,起控制作用;有时它是次要设备,起辅助作用。如果使用不当,便会出现“跑、冒、滴、漏”现象,轻者影响生产,重者引发事故。所以了解并正确使用阀门是一个很重要的问题。
一、阀门分类
在供热系统中,使用的阀门有很多种。比如闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、止回阀、安全阀、调节阀、平衡阀、自力式平衡阀等等。
1、闸阀
启闭件(闸板)有阀杆带动,沿阀座(密封面)作直线升降运动的阀门。闸阀也叫闸板阀、闸门阀,是一种广泛使用的阀门。
工作原理:闸板密封面与阀座密封面高度光洁、平整、一致,加工成一个非常贴合、严密的密封副。闸板通过阀杆的上提、下压,对介质形成导通和关断。它在管路中起关断作用。
优点:流体阻力小;全开时密封面不受冲蚀;可以在介质双向流动的情况下使用,没有方向性;结实耐用;不仅适合做小阀门,而且适合做大阀门。
缺点:高度大;启闭时间长;笨重;修理难度大;如果是大口径闸阀,手动操作比较费力。
闸阀按阀杆的不同分明杆式和暗杆式;按闸板构造不同分平行式和楔式;还有单闸板、双闸板之分。
供热工程中,常用的是明杆楔式单闸板闸阀和暗杆楔式单闸板闸阀,前者装在热力站内一次侧,后者装在热力站内二次侧。
它一般起两个作用:作为主设备起开关作用;作为辅设备安在主设备前后作检修用。
闸阀安装时,不要使手轮处在水平线以下(倒装),否则会使介质长期留存在阀盖中,容易腐蚀阀杆。在供热工程中,闸阀曾经是阀门中的主力军。现在随着蝶阀的广泛采用,闸阀已被蝶阀取而代之。
2、截止阀
启闭件(阀瓣)由阀杆带动,沿阀座(密封面)轴线作直线升降运动的阀门。截止阀,也叫截门,是使用最广泛的一种阀门,一般口径在mm以下。它之所以广受欢迎,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。
它的工作原理与闸阀相近,只是关闭件(阀瓣)沿阀座中心线移动,依靠阀杠压力,使阀瓣密封面与阀座密封面紧密贴合,阻止介质流通。它在管路中起关断作用,亦可粗略调节流量。
优点:制造容易,维修方便,结实耐用。
缺点: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,同时流体阻力大,长期运行时,密封可靠性不强。
按结构不同分直通式、直角式、直流式、平衡式。工程中一般使用法兰直通式和内螺纹直通式。截止阀有方向性,不可按反。也不宜倒安。
在我们的生产、生活中,过去常用直通式、小口径截止阀,现在已渐渐被球阀所取代。
3、球阀
启闭件(球体)由阀杆带动,并绕阀杆的轴线作旋转运动的阀门。相比闸阀、截止阀,球阀是一种新型的、逐渐被广泛采用的阀门。
它的工作原理是:阀芯为一个有通腔的球体,通过阀杆控制阀芯作90°旋转,使阀门畅通或闭塞。它在管路中起关断作用。
优点:除具有闸阀、截止阀的优点外,还有体积小、密封好(零泄漏)、易操作的优点。目前在石化、电力、核能、航空、航天等部门广泛使用。
缺点:维修困难。
球阀有两种形式:浮动球式和固定球式。在供热工程中,一些关键位置,如重要的分支、热力站的接人口,DN以下,常采用进口球阀。它与国产球阀的结构不同:国产球阀的阀体一般是二块式、三块式,法兰连接;而进口球阀的阀体是一体式,焊接连接,故障点要少。它的原产地是北欧如芬兰、丹麦等供热技术比较发达的国家。
由于其极佳的密封性,操作的可靠性,长期以来颇受用户的青睐。球阀无方向性,可以任意角度安装。焊接球阀水平安装时,阀门必须打开,避免焊接时的电火花伤及球体表面;当在垂直管道上安装时,如果焊接上接口,阀门必须打开,如果焊接下接口,阀门必须关闭,以免阀门内部被高热灼伤。
4、蝶阀
启闭件(蝶板)由阀杆带动,并绕阀杆的轴线作旋转运动的阀门。蝶阀也叫蝴蝶阀,顾名思义,它的关键性部件好似蝴蝶迎风,自由回旋。在供热系统中,目前是使用最广泛,种类也最多的一种阀门。
蝶阀具有轻巧的特点,比其他阀门要节省材料,结构简单,开闭迅速,切断和节流都能用,流体阻力小,操作省力。蝶阀,可以做成很大口径。能够使用蝶阀的地方,最好不要使闸阀,因为蝶阀比闸阀经济,而且调节性好。目前,蝶阀在热水管路得到广泛的使用。
工作原理:阀瓣是一个圆盘,通过阀杆旋转,阀瓣在阀座范围内作90℃转动,实现阀门的开关。它在管路中起关断作用,亦可调节流量。
优点:结构简单,体积轻巧,操作方便,密封性好。
缺点:全开时,阀板(密封圈)受介质冲蚀。
在供热工程中,用到的蝶阀有三偏心金属密封蝶阀,橡胶软密封蝶阀。
(1)三偏心金属密封蝶阀
所谓“三偏心”是指阀轴、阀板在阀门内相对位置的偏移。普通的蝶阀都是一个偏心,即阀轴中心线与密封面中心线(阀板中心线)偏离;高性能的再加一个偏心,即阀轴中心线与阀门中心线(管道中心线)偏离;双偏心的目的在于使阀板开至20°之后,密封副之间相互脱离,从而减少摩擦(凸轮效应)。
三偏心蝶阀在上述双偏心的基础上再增加一个独特的偏心-斜锥,即阀板的偏移(密封面与管道垂直面倾斜一个角度)。这样使得阀门在90°行程范围内,密封副之间完全脱离,既加强了凸轮效应,又完全消除了摩擦;同时关闭阀门时,当密封副逐渐闭合,产生“楔块效应”,以最小的扭矩实现最严密的关断。
所谓“金属密封”是指阀座、密封圈采用耐磨、耐腐、耐高温的优质合金制成;同时为了避免密封圈与阀座硬碰硬,密封副之间设计成柔性接触,即形成“弹性金属密封”,以保证关得严密,开无摩擦。有了“三偏心”的结构,再辅以“弹性金属密封”,这样的阀门操作轻便、经久耐用且密封良好。
三偏心金属密封蝶阀一般用在供热系统的主干线以及主分支上。口径为DN以上。
进口三偏心金属密封蝶阀无方向性,但一般有建议安装方向,不宜反装;国产的有方向性,一般反向比正向差一个泄漏等级或差一至二个压力等级,不可反装。如在水平管道上焊接,应将阀门关闭,以保护密封圈;如在垂直管道上焊接,应将阀门关闭,且在焊接上口时要在阀板上注水,以熄灭焊渣。在水平管道上安装时,建议方位为阀杆水平或与垂直方向有一定倾斜,以保证底部轴承处的清洁。
(2)橡胶软密封蝶阀
蝶板一般为电镀球墨铸铁,密封圈为橡胶材料。所用密封材料不同,性能有所不同。常用的有:丁青橡胶,适用温度-12℃~+82℃;乙丙橡胶,适用温度-45℃~+℃;耐热乙丙橡胶,适用温度-20℃~+℃。
供热工程中常用的有对夹式,法兰式。DN以下可用手柄驱动。对夹式蝶阀小巧轻便,启闭迅速,操作方便,又好安装,又容易维修,密封和调节性能俱佳,性价比高,所以应大力采用。软密封蝶阀无方向性,可任意安装。
蝶阀在仓储时,阀板应开启4°~5°。以免密封圈长期受压而变形,影响密封。
5、止回阀
启闭件(阀瓣)借助介质作用力、自动阻止介质逆流的阀门,也叫逆止阀、单向阀、单流门,一种常用的起辅助作用的阀门。水泵吸水管的吸水底阀是止回阀的变形,它的结构与上述两类止因阀相同,只是它的下端是开敞的,以便可使水进入。
按结构可分两类:
(1)升降式:阀瓣沿着阀体垂直中心线移动。这类止回阀有两种:一种是卧式,装于水平管道,阀体外形与截止阀相似;另一种是立式,装于垂直管道。
(2)旋启式:阀瓣围绕座外的销轴旋转,这类阀门有单瓣、双瓣和多瓣之分,但原理是相同的。
工作原理:依靠流体自身的力量以及阀瓣的自重,自动启闭的阀门。顾名思义,它的作用是阻止介质倒流。一般装在水泵出口,防止水锤对水泵造成损坏。
供热工程中常用的有水平升降式,单瓣旋启式,双瓣蝶式。
止回阀有方向性,绝对不能装反。不同形式止回阀,按其结构,都有固定的安装方式,切不可装错。水平升降式只能安装在水平管路上,且保证阀瓣处于垂直状态;单瓣旋启式也只能安装在水平管路上,且保证阀瓣转轴处于水平状态;双瓣蝶式可以任意安装。
6、调节阀
启闭件(阀瓣)预定使用在关闭与全开启任何位置,通过启闭件(阀瓣)改变通路截面积,以调节流量、压力或温度的阀门,也叫节流阀,是供热系统二次网的常用阀门。
工作原理:外形、结构与截止阀相似。只是密封副不同,调节阀的阀瓣和阀座类似暖水瓶的瓶塞和瓶口,通过阀瓣的移动改变过流面积来调节流量。在阀轴上有标尺表示相应流量。
作用:调节管路间介质流量分配以达到热力平衡。
供热工程中曾使用的是直通式,但它有一些缺点:流阻大,不宜垂直安装。于是随着技术的进步,平衡阀代替了调节阀。
7、平衡阀
改进型调节阀。有方向性,可以水平装,也可以垂直装。流道采用直流式,阀座改为聚四氟乙烯;克服了流阻大的缺点,同时增加了两个优点:密封更合理、兼有截止功能。
供热工程中在热力站二次网上使用,具有优异的流量调节特性,特别适用于变流量系统。
8、自力式平衡阀
自力式平衡阀也叫流量控制阀。工作原理:在阀门内有一个由弹簧与橡胶膜组成的机构,它与阀杆连接。如果流量增大,会在其上产生一个不平衡力,使得阀瓣向关闭方向移动,以减少过流面积,降低流量,使流量回归设定值。反之亦然。由此始终保持阀后流量不变,达到控制流量的目的。
安装在供热系统的热人口,分支点。自动消除水力失调,提高系统效能,实现经济运行。自力式平衡阀有方向性,切勿装反。
9、安全阀
当介质压力超过规定数值时,阀门能自动开启并泄压,当压力正常后,又能自动闭合,以保证系统正常运行,起这种作用的阀门叫安全阀。
按结构分有:弹簧式、杠杆式、脉冲式。
按动作量分:阀瓣开启高度与阀座通径之比10%以下叫微启式,20%-30%叫全启式。
按排泄方式分:介质通过管道排走叫封闭式,直接排向空中叫敞开式。
现以弹簧式为例作一简述:弹簧力与介质作用于阀瓣的正常压力相平衡,使密封面闭合;当介质压力过高时,弹簧受到压缩,阀板开启,介质从中泄出;当压力回降到正常值时,弹簧力又将阀门关闭。
安全阀大量应用于压力容器。
二、阀门使用中的共性问题
(1)要保持阀门内的清洁。
(2)起吊时,绳子不要系在手轮或阀杆上。
(3)安装前要确认阀门工作正常。
(4)焊接时,焊机地线必须搭在同侧焊口的钢管上,防止电流击伤阀门。
(5)中、小口径阀门焊接过程中宜对阀门采取冷却措施。
(6)管路中不经常启闭的阀门要定期转动。
另外,使用中还有环境对阀门的腐蚀及防护问题、介质对阀门内部的腐蚀及防护问题、温度压力问题以及密封与泄漏问题等等。总之,阀门虽小,学问很大,有待我们去不断的学习总结。
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