阀门制造技术现状.pdf

一 3 O 一 问- _] ，’ 铡连 ．j巴 砍 阀 门 1 9 9 3年第 2期 ③ 弓 D 一 弓 1 阀门制造技术现状 程 馕庚 1 9 9 1 年在德 国科隆举行的化工及设备展 览会 简称 A C H E MA 9 】 广泛地展示了阀门产 品。 规摸之l尢和参观人数之 多超过以往各届。 由 下 A C HI 3 MA是 化 及设 备h- 的展 览会 ， 其 目 的是强化 保意识． 采取环保措施。对此 ， 立法 机关已制定丁有关的怀牲和法规。 但是， 没有化 工部r J 的配合， 其 法是 可目 E 的 化工设备 主要 由容器 、 泵、 管道和 阀门组 成． 固此 酋先应对这些部位采取监视措施 。 闷门 和泵具有运动部件， 这些部位是泄漏的主要根 源， 对这些部位制定相应的标准， 阀门制造业正 向达到这一高标准发展。这意味着不仅在环保 方面而且在安全性方面都要提高润门的质量。 一 、质量 的改善 为了达到可靠的密封． 必须注意阀门上的 三个关键位置， 即阀杆密封、 中法兰密封和密封 面的密封。 阀杆的密封通常采用填料函． 能适应 较高压力和较高温度的埸合 ， 当然也可使用 O 形圈和胀圈。填料函的填料及其配置因化工用 阀的不同而异。 填料主要使 用石墨， 而不再使用 石棉。 由于石墨填料的制造和安装与石棉不同， 价格较高。曾试用其他材料， 但结果均不理想。 经过这一阶段后 ． 石墨的优点逐渐显示出来。 石 墨适用于高温 ， 几乎适用于所有的介质 ， 且不老 化。 此外 ， 石墨具有良好的导电性 。 石墨填料与 石棉填料相比． 在工厂的运行中添加甚少。 因此 石墨的通用性很强， 不需要特殊的维修 ， 但必须 精确加工填料腔和阀杆 中法兰的密封也主要 使用石墨。 这类密封有不同的形式 ， 阀门厂家有 各自的安装方法 为保证密封 ， 标准一般规定应 有密 封腔 最近 ， 密封圈和填料主要采用不同类型的 P T F E 。 这种材料经过长期试验， 可用于 2 5 0 ℃以 下的工况。 在展 出的阀门中， 密封面的密封形式 没有根本性的变化。不过密封圈的加工制作与 亲忠蒙 年 现代机器设备的配合得到改进 ， 可在任何情况 下达到密封 ， 从而完成化工产品的安全输送 。 在 允许的温度下， 可以使用软密封， 否贝 Ⅱ 就要使用 不锈钢 、 司太立或具有高硬度、 高化学稳定性的 特殊材料制造。 二 、 阀门的制造法规 对于中法兰密封 ， 过去有关于不再使 用的 密封材料 如石棉 的标准． 现在却没有这方面 的标准。制造厂家 已拟定了自己的计算方法并 规定了其参数 ． 该值与密封有关。 该密封应处在 一 个确保密封可靠而不使其失去 回弹量的螺栓 力之下。 然而要注意的是 ， 装苴起动时的温差可 能起消极作用。 鉴于这种原固． 化] 二 部 门不满足 于使用纯石墨． 而愿意审查整 个法兰连接的计 算。 关于阀杆填料也没有标准。设备操作者的 经验和试验构成了标准的基础。化工用阀中填 料长度有规定， 即 3倍于阀杆直径的 跃度 ， 使用 纯石糍时会更长。 由于纯石墨不老化． 而且在装置运行期 间 在填料中添加甚少， 为了在阀杆上总有必须的 密封 压 紧力 ， 对 此 必须要求 在起 动和运 行期 问 填料垫圈上的螺栓不能拧紧。这样通过调整就 可避免泄漏而无需维修。 闷体在中间分开的垫片应通过以下途径带 来更大的安全性， 即存在控制可能性或可以供 给添加的填充密封材料。因此达到接近一个带 波纹管密封的密封值。在与阀门厂家接触 中了 解到， 许多规程执行时有一些困难 ， 特别是蒸汽 锅炉的规程 ， 压力容器规范 ， 阀门和材料备忘 册 ， D I N 1 6 9 o N是第 1 0 部分 较高的阗门的 铸造要求 和 D I N 3 8 4 0 阗体的计算 。这里列 举的事项是不完全的， 规程和法规并非与任何 场合都相符。目前有些部分要重新制订 。 对此， 还必须包括同时受到注意的大型化工设备的安 ￡ 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 1 9 9 3年箔 2刺 阀 r J 装和 标准。 化工部门的阀门定货单位要给出已知的运 行参数． 而安装 由生产厂家完成 生产厂家还必 须指明它们考虑了所有有关的法规和标准． 并 出示其证书 总之向越来越高的质量发展。为 此 ， 应考虑系列地生产这种阀门， 这样其要求就 不会只涉及单个阀门。 对设备操作人员来说， 它 有助于仓库的管理。 但是． 无疑还需要做许多工 作 ， 直到有尽可能完善的法规为止。 止 ， ， 。 r -1 - 图 1 小型 闸 阀 】 _ 手轮螺母2 ． 锦牌3 ． 手轮{ ． 螺纹套 1 3 j 5 ． 阀盖螺栓6 ． 填料荫浊 兰 c 2 2 ． 8 ， 7 ． 活节螺拴 8 ． 填料甬 1 3 C t 9 ． 同定螺挂l 0 ． 填料甬螺母】 】填料 l 2 ． 阀盖 v d ．Ⅳ W3 5 0 C 2 2 8 l 3 、 垫罔 石 缠绕垫j 1 J ． 阀杆 1 7 ， ， c r 1 5 ． 座罔 1 3 r 1 6 ． 阀体 V d晰W3 5 0 C 2 2 8 1 7 铺 三 、 化工 用阀门的材料 在这方面仍有开发的余地 。在特殊的工况 下 ， 可以用所希望的材料制造阀门。 输送管道除 了球墨铸铁以外 ， 多使用钢 。 在管道公称逋径较 小时使用锻钢 ， 而当公称通径较大 时则使用铸 钢。这里闸阀是 例外 ． 因为在公称通径大时可用 轧制材制造。与 A C E M A 8 8上展出的阀门相 比， 这次展出了少量焊接结构的闸阀。 阀门生产 厂家的产r 包括 了从低温 到高温的 整 个温度范 围。 此外 ． 还有特殊的材料 ． 如钛材和哈【丘 钢等 除了这 些 金属材 料 外 ． 还有 许 多带 P【 1 F E讨里 的阀门． 也有橡胶} 中 里和葚他9 性体衬里的阀 门。当温度允许时． 涂衢层在几种介质中的稳宁 性比某一金属材料要好， 但是必须注意其成本。 正象橡胶衬里或其他弹性体衬里 一 样 ． 现 在 P T F E 【乜可以直接涂覆 在 金属表面 涂覆 面为层状。这意味着比装入胀吲或 『 成型部件 更简单。 图 2波纹管 式闸 阀 1 ． 外侧波纹管2 内侧波纹管3 ． 支承管 ． 阀杆螺母 5行 程管 在阀门制造中， 玻璃和陶瓷也已得到 了应 用 陶瓷部件在废气脱硫装置上使用非常有放 ， 2 ；4 5 5 7 一 玎 口 口 埠 巧 疗 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 ～ 3 2～ 阀 门 1 9 9 3年第 2捌 由于在化工设备中已使用塑料管道 ， 所以有完 全用塑料制成的阀门展出。 图 3 高温闸阀 四、 阀门的革新和改进 1 ． 闸阀 一 对于小公称通径． 在德国几乎只使用闸阀 ， 最近几年 ， 小型闸}囝也越来越多地受到欢迎。 虽 然成本高些 ， 但是小型闸阀可以承受较高的 工作压力。在 V a l v u e A r m a t u r e n公司的小型闸 阀中有一个光靖的流道 它在抽 空时发挥有益 的作用。 四1 、 密封圈甚至在燃烧的情况下， 也可 以关闭牢固。小型闸阀除了具有闸阀的调节机 构的功能外， 还可以完成其他功能 图 1 。 小公称通径的 闸阀可以制成波 纹管式 闸 阀 在 D N ≤4 0 0 tu r n时， 波纹管式闸阀具有特殊 结构 S ta h l A ／ T ／] a t u r e n P e r s ta公司的闸阀靠两个 类似望远镜筒运动的；b - I作 图 2 。 闸 阀可 用 于 高温 工 况 。Z i m m e r m a n n J a n s e n公司展出了在水平管道和立式管道 中工 作的热气闸阀。闸板具有特殊的金属圈。在闭 合的状态下． 保护气体送到闸板间， 因此保证了 闸板前后的介质分开。 由于销轴的特殊布置， 使 得在两 个方向上达到密封 图 3 。 M e t a l p r a e c B r c h c m 8 L S c I 1a b e r g 公司展 出 了一种在密封部位上使用陶瓷材料的平板 闸 阀。由于该部件硬度高， 所以这种闸阀适用于腐 蚀性和磨料性介质， 无死区， 并可以起到调节作 用 图 4 凰d 带陶瓷密封件的平板闸阎 2 ． 截止阀 K u r t T r a p p I n g e r d c u r b ff r o公 司的一种 阀用 P T F E部件代替了涂层。该部件按阀门通道加 工并装入外壳内。 由于壁厚增大 ， 所以侵蚀 }生 介 质不可能透过涂层扩散 图 5 。 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 1 9 9 3年第 2期 阀 门 图 5 实心 P T F E部件的阀门 图 6 无填料函磁铁操作阀 1 ． 轴承座2 ． 外删磁铁转子 山惯 憾 J铁转子4 ． 隔离罩 5 ． 阀瓣 ‘ 柱塞阀也得到了改进。柱塞的密封和通道 的密封不再是石墨／ 石棉圈， 而是纯石墨。因此 立法机关制订了有关石棉的标准． 密封圈的使 用期限显著提高 由于该阀无阀座 ． 所以不产生 磨损． 从长远观点看其密封能力优于通常的阀 门。 为 了 不使 用 阀杆 密 封 ， K l a u s U n i o n A r m a [ u r e n P u m p e n公司靠永久磁铁操 作阀门， 取消 了阀杆密封。 这一结构还可在闸阀上采用 ． 操作 磁铁的力很大 ． 使其不可能出现故障 另一方 面． 当手轮上的力用得太大时， 不致损坏 阀门 图 6 。 3 ． 球阀和旋塞阀 1 球 阀在 A C H E MA 9 1 上展出的球 阀 种类特别多 球阀在各个领域已取代了截止阀． 并取得了良好的结果。 在展出的结构中， 其工作 原理是相似的． 可转动的球体用软质密封圈密 封。软密封有利于通道的严格密封， 但不耐火 ， 而阀门耐火 目前 已是广泛要求的。当软密封被 破坏时． 紧贴球体上的辅助密封唇起防火作用。 在各种结构 中． 已经看 出了外壳设计上的 不同之处。容纳球体和密封件的对开式外壳只 具有一个外壳密封。三部分组成的外壳使用两 个密封， 它具有带球体的中间部分不需拆卸阀 门就可以从管道上拆下来的优点 。图 7 示出了 M e c a f r a n c e 公司的球阀结构。 图 7 三分式球阔 在指定的介质中． 设备操作 人员要求阀门 中无死区。为了准确地做到这一点 ， A T E C A r r m a t u r e n b a u＆T e c h n i k公司的阀门球体不是夹 在密封圈中， 而是处在一个封闭的外壳中。 这种 P T F E密封外壳靠弹簧力压紧在球体上， 因此可 用于颗粒、 粉末、 糊状物、 气体和液体 。 各公司展出了安装在管 道法兰之 间的球 阀。其结构长度很短， 而且当在其他结构中时可 以装上加热套。虽然在 T A L u f t 公司球 阀的阀 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 阀 门 l 9 9 3年第 2捌 杆密封中没有波纹管 ． 但是在这种球 阀上也可 以安装一个波纹管 。球 阀上的波纹管必须能够 旋转 ， 在 K u g e th a h n Mi i [ t e r 公司的球阀上也可随 摆动运动而旋转 9 0 。 图 8 。另外 ． 使 用双填料 函也可在这种阀上获得安全密封 l 『 图 8 波纹管式球阀 二 ] 亡二 拄 图 9 留有 间隙的旋塞阀 同其他 阀门 样， 球 阀的球 体也可涂覆 ． 因此介质 与涂屡接触。 在废气脱硫装苜中． 使 用内部完全用陶瓷涂覆的球阀。 对死区． 球体只 是 一个用陶瓷密封的弧面． 经过微小的劈损后 达到 化学 稳定性 。V e t e c V e n t i l t e c h n i k公 司展 出 了这种阀门。 2 旋塞 阀S t r a c k公司展出了带 可留间 隙旋塞的旋塞阀， 其为金属一 金属密封。固此它 可用于高温工况 ， 而且 留出运动间隙后其偏心 矩很小。 该阀用普通钢制造 ， 且可制成多路形式 图 9 ．蝶阀 蝶阀的特性与球阀相似。在低压和低温工 况下蝶阀比闸阀优越。 蝶阀的尺寸 比闸阀小． 重 量轻， 结构高度小． 价格相对便宜。 不过 。 御 I 阀有 一 个自由流道， 而蝶阀没有。 刚 l 0 Z 偏 心金 属密封 蝶 阿 图 l 1 蝶阀的金属密封 通常． 蝶阀为软密封， 可由橡胶或各种塑料 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 1 9 9 3年第 2期 阀 r 】 制成， 保证密封的可靠性。 只要软密封处在壳体 上， 就可由一 个可更换的垫圈或涂覆整个壳体 内部的可更换衬里组成。因此存在一种可更换 且不牢 固地粘接 到壳体材料 的涂覆层 。 图 1 2 带填料的金属密封固 1 、 3金属2 ． F I F E d特种石氍 图 l 3 空载 止 回 闷 其他的结 构是 把软 密封 装在 蝶板 上 。蝶板 的安 装可 以是 中央式 、 偏心 式 及双偏 心式 如 果蝶板安装在中央 ． 软密封就位于壳体上。 其他 的安装形式中有两种可箭性 。偏心式安装的优 点在于软密封可以长期地发挥作用． 且不因“ 抱 轴” 而发生故障 ‘ 为了扩大蝶阀的应用范围． 可以使 用金属 密封代 替受到 温度 范 围 限制 的软 密 封 s 。 - m a s L e u s c h l n d u s t n e A r r n a t u r e n公司的 这种蝶 阀 允许在 6 0 0 C下使用， 在某些情 况下 ， 温度可更 高 图 1 0 。 K WW 公司除了生产其他结 构的阀外． 还 生产各种公称通径的全塑料蝶阀。其中有带金 属密封的蝶阀， 使用的温度可达到 5 5 0 2 ． 。 同时 也有用于一1 9 6 ℃的阀 图 。 P TE F被广泛地 用于密封 。在 A C H E MA 9 1 展览会上看到了金属密封和石墨密封的组合。 石 密封比P T F E更耐高温。X o m o x I n t e r n a t io n a l 公司设计了一种防火结构 ， 其中 P T F E密封 用金属 夹套 紧． 金属 夹套 用作辅 助 密 封 图 1 2 。 蝶阀可制成法兰和对夹型式。公称通径的 限制实 际上 是不存 在的 ． 蝶 阀的公称 通径 已达 到 I N2 0 0 0 m m。蝶阀甚至在太公称通径情况下 进行内部密封时等效于剜阀， 或更优越 ． 而且适 于调 节 。 5 ． 止回阀 ‘ ‘ 这类搁的 目的是只允许管道中的介质沿固 定方向流动。 假如它涉及某一管路． 那么这时就 应注意其他的因素。泵出口的止回阀应尤其注 意。这种闷在理论上应在泵作愦 陆运动时所需 要的相同时间内关闭。 这类 阀大多数关闭太快。 介质为液体时， 流体被切断， 出现真 空 阀再次 开启时消失 ． 从而导致压力冲击。 在介质为气体时． 要求阀门在小流量下开 启且阻力尽可能地小。当然， 存在着脉动流． 而 脉 动 流中 的脉 动 必须 在 截 断 机 构 中 消除。 S c h r o e d a h l A r a p p公司生产的这种阀很有效 。 这 种阀门为全 自动式． 且损失最小。 它具有在小流 量下开启， 使泵不超速 反转和减少压力损失的 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 一 3 6一 阀 门 1 9 9 3 年第 2期 功能。该 阀可 用于液体 和 气体的工况下 图 1 3 。 由于止 回阀上部安装整体的阀盘时， 压力 损失较大 ， 所以市场上 出售的阀门为阀盘分开 式 ， 且安装在中央。 保证了在小流量下开启的功 能 ， 且压力损失小。 此外这种阀可安装在管道法 兰之间， 要求的空间不大 在小的公称通径情况下， 有一种用于化工 管路上的涂覆截止阀， 阀中的球塞阻止回流。 对 夹式止回阀安装在管道法兰之 间， 依靠介质提 升阀瓣 ， 而阀瓣用弹簧保持在关 闭的位置。 在回 流的情况下， 阀门借助弹簧截断介质． 其安装位 置不受限制 在 S p i r a x S ,a r c o公司的一个止回阀上除了 一 个金属密封外 ， 还有软密封 ， 可以在规定的温 度范围内工作。 S e h m i t z＆ S c h u l t e 公司展出了夹在管道法 兰之间的止回阀 图 1 4 。 在钢制外套中有一个 橡胶或其他弹性体制成的衬里， 阀瓣被安装其 上， 为弹性体一弹性体的密封形式 。 其功能与普 通的止 回阀一样。 ． U1 LJL 7 ] I r ＼ } ． I ＼ 、 I I 。 ／ 一 ， h _ - ] l I UI 1 l Lj l 图 1 4 橡胶止回阀 橡胶层厚为 4 ra m 6 ． 波纹管式阀门 这里先谈谈截止阀。根据 T A L u f t 公司介 绍， 这些结构规定用于指定的介质 。 尽管开发了新型填料和改进 了填料函 ． 阀 门中作为阀杆密封的波纹管却总是表现出较大 的安全．陆。如果． 波纹管的两端焊接合格 ． 向外 图 1 5 可更换波纹管式阀 图 1 B 小公称通径的波纹管阀 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 1 0 9 3年第 2期 闷 门 泄漏是不 可能 的。波纹管两端能焊接 只是 一个 标准尺度 ， 还 要不 断更换 波纹管 ， 因此 ， 波纹 管 必须 反复 焊接 到 阀杆上 。但是 中法 兰密封要使 用 纯 石墨 密封 ， 通过正确选 择这 种密封 ， 才能达 到接 近焊接 连接 的密 封规定值 ， 达 到波 纹管 阀 门的要 求。 在处理 可燃物质 的许多化工设备上 ， 这种密封有许 多好 处 ， 即更换 波纹 管 如焊缝 的 分开或密封唇 的焊 接 的费用 不大 。 在这 方 面对设 备操 作 人员 也有 要求 ， 更换 被 纹管 时不需拆 下整 个阀的上部 。波纹管 只焊 接 到 阀杆 上的结构 优 先采用 ， 因为 阀杆 和波纹 管形成 了一个整 体 。 波纹管 在车 间与 阀杆 分开 ， 焊上 新的波纹管 ， 要有成品备件 ， 而且其成本和 费用 都低 r 阀 门中几乎不 使用 单壁波 纹管 ， 大 多数 波 纹管 为多壁 式 ， 这意喙着安全性更可靠 。此外 ， 附加接 上填料 函 ， 这样 当波纹 管损坏 时 可以在 停车 期间更换 波纹管 。 截止阀早已用作波纹管阀， 因为阀门的升 程为公 称通径 的 2 0 ～2 5 ， 这样 可使波纹管 变形量保持较小 。 当阀的开度 等于公称通径时 ， 这会带来 困难 。 对于 小公 称通径的闸 阀， 从技术 上和经济上分析 尚可更 换波纹管 。在 较大的公 称 通 径 时 ， 需 要 特 殊 的 结 构 ， 达 到 O N4 0 0 mm 时 ， 它 装 有两 个 波纹 管 ， 象 望 远镜 筒 那 样地 运 动 。S t a h l Ar m a t u r e n P e r s t a公 司展 出 了这 种 阀 门 。 S t r a c k公 司 展 出了一 种波 纹管 阀 图 1 5 。 这 种结构还适用于氯介质 。 E r n s t H a a g e A p p a r a t e b a u公 司 展 出了 一 种 小公称通径的波纹管 阀 图 1 6 外壳 由轧制精 炼钢 制成 ， 适用 于高 压场 台 。 在装有 危 险介质 如 氯 的容器 中 ， 不仅 仅 需要截 止阀， 还要装上带波纹管 的安 全阀 。 当使 用 多壁 波纹 管时 ， 通过 正确 布置波纹管 ， 即 使在 频繁操作情况下， 其使用寿命也足够了 在较高 温度和压力下 ， 服务寿命缩短 。 所以大多数使用 钢制甚至是特种钢制 波纹管 。 7 ． 传动 装置 阀门生 产厂家有能力 向设备 操作人员提供 操 作单个 问门用 的理 想的传动机 构 另 一方 面 ， 购货 商的设 备业 已足够 ， 这就 要 求优 化传动 机 构 。在截 止阀中 由于其升程小 ， 传动机构是受压 缩 空气 控制 的多膜式 传动 机构 。它不适用 于蝶 阀 。这 里展 出了 活塞式 传动 机构 ， 用 压缩空气 、 介 质 自身或油驱 动。用节 流阀可 以调整其 启闭 的时 间。 在 蝶 阀上 由于锁 销 的缘 故 ， 开 启力 矩 大于 闭合 力矩 ， 所 以用 差动 活塞工作 或用 不 同压 力 控制活塞工作 。这一 要求 已在 电动装置 中考虑 到了 。 开启 力矩 总是 大 于闭合 力矩 。因此 ． 电动 装置 可以优先考虑安装在蝶 阀上 。 对于 9 0 o 运 动的阀 门有 一系列 用压缩 空气 操作的 回转式传动机构 。它还具有复 位的可能 性 ， 这是经常要求 的 。 五 、 结束语 在阀 门方 面 ， 几 年来 巳向提 高质量 方 面努 力， 这与尽可能地减轻环境负担和缩短维护周 期 的希 望有关 。 好 的产品质量与材料 的选 用 、 材 料的加工和检 验以及文件编制 的全过 程密切相 关 。由此 可以得出结论 ， 它不仅与单个 部件 如 密封 有关 ， 而且 总是 与安装该部件的整 个系统 有关 。 新 的法规 、 标 准和对 化工 设 备的操 作人 员 的要求共同决定了阀I“ J 的基本设计方案 ， 在基 本设 计 中不 仅迫 使生产 厂家 满足这 些要 求 ， 而 且还要超过假 定的数据。这也满足其 他国家 的 要求 。欧共体最近将在总 的法规 中提 出每 种情 况的规程 ， 此项工作正在进行 。 台肥通 用机械 研究所 程传庆宋忠荣 编 译 自 CHE M． I NG TE CH No v ]9 91 ．1 09 5～ 1 1 07 欢 迎 订阅 阀门 杂 志 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载