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介质流向的做法及截止阀的功能

更新时间:2013-11-20      浏览次数:3945

一般截止阀的流通介质由阀座下方往上流动,即习惯上称为“低进高出”,这样当阀门关闭时,阀杆处的密封填料不致遭受工作介质压力和温度的作用, 并且阀门关闭严密的情况下,还可进行填料的更换工作。其缺点是阀门的关闭力较大,较大口径的阀门很难实现密封。因此,有时也使介质由阀座上方往下流动,即习惯上称为“高进低出”,由于介质压力作用于阀瓣的上方,阀门很容易实现密封,但这样阀门的开启力矩较大,容易造成密封填料的泄漏并且不能在线更换阀门的填料。

一般DN150以下的截止阀介质大都从阀瓣的下方流入,而DJV200以上截止阀介质大部分从阀瓣的上方流入,这是考虑到阀门的关闭力矩所致。为了减少开启或关闭力矩,一般DJV200以上的截止阀都设内旁通或外旁通阀门。

电站行业通常的做法是:公称压力<户]^160时, 一般采用“低进高出”;公称压力>PN200时,一般采用“高进低出”。

对于截止阀的介质流向问题,国外的阀门公司和一些科技文献也有阐述,具体如下。

5.12.1加拿大维兰公司推荐的做法

安装截止阀时,通常把进口安装在阀座下方。必须仔细检查,避免安装错误。如果节流环境特别严酷,建议安装截止阀时应该让流体从阀座上方流进, 向下流经截止阀。这样能够保持阀门处于更加稳定的状态,磨损降到zui小,外部噪声也比较小。由于关闭阀门所需的力矩较小,操作阀门也比较容易。但是, 应该注意到填料处于恒负载状态。一般的截止阀适合用于适度的节流应用。一般而言,通径足够大的截止阀(例如管道内水流速度在15〜25ft/s之间,蒸汽流速在200〜300ft/s之间),节流后的流量不应该小于*开启状态流量(流量系数大约为全冲程的20%) 的35%以下。如果节流条件比较严酷,小于*流量的35%,就应该由应用部门分析并决定在可能的空化、冲蚀、噪声和振动现象下的适用性。

5.12. 2 《Valve Selection Handbook》推荐的做法

如果介质从阀瓣上方流入时,介质可能将阀瓣从阀杆上方冲掉或使阀瓣上的元件脱落,则介质就必须改为由阀瓣下方流入。只要作用于阀瓣下方的流体载荷不超过40〜60kN,则关紧带有旋转升降阀杆和金属密封手动载止阀就不会太费力。对于金属密封手动 截止阀,采用非旋转阀杆和滚子轴承支撑阀杆螺母。 当流体载荷为70〜100kN时也能关紧,具体的流体

 

载荷大小取决于阀门结构和泄漏标准。介质从阀瓣下方流入有一个特别的优点,即阀门关闭时,填料函不会受到上游的压力,但是,它也存在缺点,如果阀门切断的是诸如蒸汽之类的热介质,则阀门关闭之后, 阀杆的收缩将导致密封泄漏。

如果介质从阀瓣上方流入,由于阀瓣上方作用有介质压力,则阀杆的关闭力会增大,从而大大增加阀门的密封可靠性。在这种情况下,只要作用在阀瓣上方的流体载荷不超过40〜60kN,则关闭带有旋转阀杆手动载止阀就不会太费力。当采用非旋转阀杆且用滚子轴承支撑阀杆螺母时,可以克服70〜100kN的流体载荷而手动开启截止阀。如果作用在阀瓣上方的流体载荷更高,则有必要安装一只旁通阀。在截止阀开启之前给下游加压,从而帮助截止阀开启。

(1) 截断

截止阀是截断阀门中的一种,用来截断或接通管路中的介质,不宜用来调节介质的压力或流量。如果长期处于节流状态,密封面会被介质冲蚀,不能保证其密封性。

(2) 节流

理论上截止阀适合于节流使用,此时阀瓣的zui小 开启高度应为20%的开度;否则由流动诱发的振动 可能会导致阀门的损坏。

当截止阀用于节流工况时,需要更换其阀瓣,用 于节流的截止阀,其阀瓣结构见“节流阀”章节。

截止阀的种类很多,并且有多种分类方法。

截止阀按照密封材料可分为软密封截止阀和金属 硬密封截止阀两大类;按照阀瓣的结构形式可分为阀 瓣平衡式截止阀和阀瓣非平衡式截止阀两大类;按照 流道形式可分为直流通道、Z形流道、角式流道、直 流流道和三通流道等。

5.14.1软密封截止阀

在截止阀中,为防止软质密封件受热损坏,在软质密封件前安装了一种散热装置,它是由一块带有较大散热表面的金属片组成的。如果用于氧气的工况,这种设计还不足以防止软质密封件的起火燃烧,为防止该种阀门失效,就必须扩大阀座以外的进口通道,使进口通道的一端形成一个口袋,以便使高温气体集聚在离开密封件以外的地方。在设计软质密封面时,要着軍考虑防止 软质密封元件被介质压力挤出或造成位移。

软密封材料包括橡胶包覆阀瓣、PTFE (或其他塑料)阀座或金属阀瓣镶嵌非金属材料以及很流行的软硬双重密封阀瓣结构。这种软密封结构的阀门常用于蒸汽和气体介质,尤其是在低压铜截止阀上使用。

软密封阀门所需的关闭力极小,软密封阀瓣易于更换,只要阀座密封面没有损伤,更换阀瓣的软密封件,阀门的性能就能很快恢复如初。

(1)阀瓣包覆橡胶软密封截止阀

图5-36为阀瓣包覆橡胶软密封截止阀结构图及效果图,尽管阀体采用了T形结构,但是在阀体内腔进口通道侧铸造出来与水平方向呈45°的阀座,这就使得阀门的流道呈直线形,达到和直流式阀体一样的效果,介质的流通能力好;而且由于采用橡胶软密 封,阀门的密封性能好。

该阀门壳体采用铸铁材料,阀瓣包覆三元乙丙橡胶。 该阀门具有如下特点:

①免维护;.

②低流阻,良好的流通性;

③节流功能;

④暗杆设计(内螺纹提升);

⑤阀杆螺纹在阀体外部;

⑥自对中阀杆轴承;

⑦EDD波纹管密封;

⑧双重密封保障;

⑨保温罩同时具有防结露功能;

⑩阀体可*保温,可以节约能源。

该阀门主要用于一10〜120°C的热水系统、供热系统及空调系统中。

(2)非金属镶嵌式软密封截止阀

图5-37为非金属镶嵌式软密封截止阀结构图, 阀瓣上镶嵌聚四氟乙烯等聚合物,主要用于液化石油气站的燃气管路系统。

5.14.2金属密封截止阀 

(1)直通式截止阀

直通式截止阀中的“直通”是因为它的连接端是在一条轴线上,但其流体通道并非真正意义的“直通”, 而是相当曲折的。流体必须有90°转弯,方可通过阀座, 然后再折回90°才能恢复到原来的方向。在铸造阀门里, 通道的形状和面积由于阀门尺寸和压力额定值的不同也有所不同。其典型的结构如图5~14和图5~15所示。

图5-16所示为Z形通道截止阀的结构。模锻阀 体或自由锻造阀体通常将进出口流道和管道中心线成 一定的角度,即形成Z形流道,并且常常加工成缩径,然而缩小的孔径和曲折的流道会大大增加流体的压力损失,此外应该注意的是,转折的锐角在流体工 况中会有汽蚀现象产生。

(2)角式截止阀

追溯截止阀的发展历史,zui初开发的是角式截止阀,然后才逐步发展成直通式截止阀。如今虽然直通式截止阀应用得更为普遍,但角式截止阀仍有一些*的优势。

角式截止阀(图5-17)允许流体流向改变90°方向,流体总是从阀座底部进入。比起直通式,流道更为幵放和更少曲折,因此压力损失较小。角式截止阀不容易被固体颗粒侵蚀。为了达到更好的调节特性,阀瓣可设计成爪形或裙式。由于流向的改变,阀体会受到流体反作用力的影响。这些力正常情况下不大,但由于阀门口径规格和流体密度的影响,有可能会增大。

小型铜合金螺纹连接角式截止阀广泛用于清洁水工况中。大多数工业用角式截止阀为螺栓阀盖式,铸钢制造,也会使用青铜、不锈钢和双相钢材料等。角式截止阀常见的尺寸规格和压力等级通常为DN50〜250 (NPS2〜10),Class 150〜800。超出此范围通常会采用平衡式阀瓣,以减少流体对阀杆的轴向推力。

 

另一种作为换向阀较常用的工况是压力释放系统。两个安全阀装在一个三通截止阀上,当其中一个安全阀需要隔离或者维修时,另外一个安全阀可以正常运行。由于内部结构的原因,三通截止阀流阻很大。流体方向的改变会使流体在大口径三通截止阀上 产生较大的反作用力。

三通截止阀阀体一般是铸钢或者合金钢。用于发电厂的阀门一般采用对焊连接以克服法兰连接会产生泄漏的问题。

(5)波纹管密封截止阀

波纹管密封截止阀如图5-39所示。

电力、石化、冶金行业所使用的排污疏水用高温高压截止阀普遍存在较为严重的内漏现象,尤其在电力系统更为严重。目前,阀门工程师及电厂技术人员都在努力通过改进阀门的结构、密封面材料等各种方法来试图解决阀门内漏问题,从而涌现出具有特殊结构的新型阀门。比较典型的结构有:硬质合金球面密封截止阀、Y形截止阀、带节流套筒截止阀等,但效果并不理想。而内漏对电力生产所造成的能源损耗确实是不容忽视的。因此,*内漏,节约能源是当今电力生产系统的当务之急。

通过到各电厂调研和与电厂技术人员的深入交流,发现内漏的根本原因在于阀门密封副在开关瞬间造成的冲刷。阀门在开启和关闭的瞬间,由于密封面间的间隙很小,阀门的压差(相当于阀门入口压力)很大,从而导致介质在密封副处的流速很高,使密封 面处于高速介质冲刷状态下,极易引起密封面的损坏而发生泄漏。对于锅炉排污系统和疏水系统上的关断阀,由于介质为饱和水,阀门关闭或开启的瞬间,阀门所承受的压差很大,密封面间既产生严重冲刷,同时又会在节流处下游产生汽蚀,从而引起内漏。排污系统和疏水系统在锅炉启动初期,特别是在新机组或大修后的机组启动过程中,介质中含有的固体颗粒 (铁锈、焊渣、焊接飞溅物、气割飞溅物、氧化皮及管道或联箱内的杂物等)很多,在阀门关闭或开启瞬间,密封面间极易夹杂固体颗粒而造成压伤,引起阀门关闭不严,致使密封面很快被冲刷坏。由此可见, 造成阀门内漏的原因主要是冲刷和压伤引起的。

针对这种现象,阀门技术人员在阀门结构上进行了大胆创新,采用双阀瓣结构,使主密封面避免了高速介质的强烈冲刷。在材料上采用钻基合金堆焊,密封面硬度可以超过45HRC,很大程度上减少了阀门的内漏问题。

①用途抗冲刷截止阀适用于水、汽管道上, 作启闭装置。其典型应用场合为汽机疏水、给水疏水、加热器疏水、锅炉疏水、过热器疏水、对空排水、水冷壁下联箱排污和高加疏水。

②性能特点抗冲刷截止阀各项性能指标*符合JB/T3595—2002《电站阀门一般要求》和美国ASME相关规范的要求。

③工作原理和结构说明为避免介质高速冲刷, 阀门采用倒流(高进低出)结构,阀门密封副采用先节流并阻断脏物,再利用节流后的介质使密封面得到自清洁,从而*解决了内漏问题,具体原理如下。

图5-40所示为抗冲刷截止阀关闭初期,环形密封面开始节流,阻断较大固体颗粒进到阀瓣和阀座锥形密封面处,只有细小颗粒的污物还会进入到阀门锥面密封空间。此时介质的zui大流速发生在阀瓣和阀座环形空间内,从而使阀门锥面密封副避免了高速介质的冲刷。

图5-41所示为抗冲刷截止阀节流中段,是针对图5-40位置时进入截止阀密封面上的细小颗粒物而设计的。此时介质通过阀瓣和阀座间的细小空隙产生的高速气流或水流对密封面起到一个吹扫的作用,从而使污物无法在密封面上停留,进而清洁了密封面。

 

图5-42所示为抗冲刷截止阀关闭状态,从而实现了抗冲刷截止阀的全部功能。 

来源:上海自动化仪表销售网(www.40017.net)

来源:http://www.40017.net/info/jishu_a140b83e24af71b8.html

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