通用設(shè)備閥門發(fā)展與原理

 

閥門是用以控制流體流量、壓力和流向的裝置。被控制的流體可以是液體、氣體、氣液混合體或固液混合體。
    閥門通常由閥體、閥蓋、閥座、啟閉件、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、密封件和緊固件等組成。閥門的控制功能是依靠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或流體驅(qū)使啟閉件升降、滑移、旋擺或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以改變流道面積的大小來實(shí)現(xiàn)的。

    閥門的用途很廣泛，它與人們的日常生活有密切的關(guān)系，例如自來水管用的水、液化石油氣灶用的減壓閥都是閥門。閥門也是各種機(jī)械設(shè)備如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、壓縮機(jī)、泵、氣壓傳動(dòng)裝置、液壓傳動(dòng)裝置、車輛、船舶和飛行器中*的部件。

    公元前兩千年前，中國人就在輸水管道上使用了竹管和木塞閥，以后又在灌溉渠道上使用水閘，在冶煉用的風(fēng)箱上使用板式止回閥，在井鹽開采方面使用竹管和板式止回閥提取鹽水。

    隨著冶煉技術(shù)和水力機(jī)械的發(fā)展，在歐洲出現(xiàn)了銅制和鉛制旋塞閥。隨著鍋爐的使用，1681年又出現(xiàn)了杠桿重錘式安全閥。1769年瓦特蒸汽機(jī)出現(xiàn)以前，旋塞閥和止回閥一直是zui主要的閥門。

    蒸汽機(jī)的發(fā)明使閥門進(jìn)入了機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域。在瓦特的蒸汽機(jī)上除了使用旋塞閥、安全閥和止回閥外，還使用了蝶閥，用以調(diào)節(jié)流量。隨著蒸汽流量和壓力的增大，使用旋塞閥控制蒸汽機(jī)的進(jìn)汽和排汽已不能滿足需要，于是出現(xiàn)了滑閥。

    1840年前后，相繼出現(xiàn)帶螺紋閥桿的截止閥，和帶梯形螺紋閥桿的楔式閘閥，這是閥門發(fā)展中的一次重大突破。這兩類閥的出現(xiàn)，不僅滿足了當(dāng)時(shí)各種工業(yè)對(duì)壓力、溫度不斷提高的要求，而且初步滿足了對(duì)流量調(diào)節(jié)的要求。此后隨著電力工業(yè)、石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和造船工業(yè)的發(fā)展，各種高中壓閥門得到迅速發(fā)展。

    第二次世界大戰(zhàn)后，由于聚合材料、潤滑材料、不銹鋼和鈷基硬質(zhì)合金的發(fā)展，古老的旋塞閥和蝶閥獲得了新的應(yīng)用，球閥和隔膜閥得到迅速發(fā)展。截止閥、閘閥和其他閥門品種增加，質(zhì)量提高。閥門制造業(yè)逐漸成為機(jī)械工業(yè)的一個(gè)重要部門。

    閥門按使用功能可分為截?cái)嚅y、調(diào)節(jié)閥、止回閥、分流閥、安全閥、多用閥六類。

    截?cái)嚅y主要用于截?cái)嗔黧w通路，包括截止閥、閘閥、旋塞閥、球閥、蝶閥隔膜閥、夾管閥等；調(diào)節(jié)閥主要用于調(diào)節(jié)流體的壓力、流量等，包括調(diào)節(jié)閥、節(jié)流閥、減壓閥和浮球調(diào)節(jié)閥等；止回閥用于阻止流體的逆向流動(dòng)；分流閥用于分配流體的通路去向，或?qū)上嗔黧w分離，包括滑閥、多通閥、疏水閥和排空氣閥等；安全閥主要用于安全保護(hù)，防止鍋爐、壓力容器或管道因超壓而破壞；多用閥是具有一種以上功能的閥門，如截止止回閥既能起斷流作用又能起止回作用。

    工業(yè)管道閥門按公稱壓力又可分為真空閥、低壓閥、中壓閥、高壓閥、超高壓閥；閥門按工作溫度又可分為常溫閥、中溫閥、高溫閥、低溫閥；閥門還可按驅(qū)動(dòng)裝置的類型、與管道的聯(lián)接方式和閥體的使用材料等進(jìn)行分類。閥門可按各種分類方法單獨(dú)地或組合地命名，也可按啟閉件的結(jié)構(gòu)特征或具體用途命名。

    閥門的基本參數(shù)是工作壓力、工作溫度和口徑。對(duì)于大量使用于工業(yè)管道的各種閥門，常用公稱壓力和公稱通徑作為基本參數(shù)。公稱壓力是指某種材料的閥門，在規(guī)定的溫度下，允許承受的zui大工作壓力。公稱通徑是指閥體與管子聯(lián)接端部的名義內(nèi)徑。

    閥門根據(jù)其種類和用途有不同的要求，主要有密封、強(qiáng)度、調(diào)節(jié)、流通、啟閉等性能。在設(shè)計(jì)和選用閥門時(shí)，除了要考慮基本參數(shù)和性能外，還要考慮流體的性能，包括流體的相態(tài)（氣體、液體或含固體顆粒）、腐蝕性、粘度、毒性、易燃易爆性，貴重稀有程度和放射性等。

    密封性能和強(qiáng)度性能是一切閥門zui基本、zui重要的性能。閥門的密封分內(nèi)密封和外密封兩部分。內(nèi)密封是閥瓣與閥座之間的密封；外密封是閥桿運(yùn)動(dòng)部位與閥蓋之間、閥體與閥蓋之間和閥體與管道聯(lián)接部位之間的密封。閥門在使用時(shí)不僅要求密封性能好，而且必須保證安全。

    如果因密封不好而發(fā)生泄漏或因強(qiáng)度不夠而使零件破壞，將會(huì)造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失，如輸送有毒、易燃易爆或有強(qiáng)腐蝕性流體，還可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。為了保證閥門的密封和強(qiáng)度，除了必須遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定合理地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、確保工藝質(zhì)量外，還必須正確地選用材料。

    通常，低壓非腐蝕性流體用的閥門使用鑄鐵或鑄銅；高、中壓閥用鑄鋼或鍛鋼；高溫或高壓閥使用合金鋼；用于腐蝕性流體的閥門用不銹鋼、塑料，耐蝕合金（如銅鎳鉬合金、鈦合金和鉛合金等）或用鑄鐵、鑄鋼內(nèi)襯耐蝕材料制造。

    通常，低壓閥的密封面大多使用黃銅或青銅，高、中壓閥大多使用不銹鋼，要求較高的高、中壓閥或高溫閥等使用鈷基硬質(zhì)合金。聚合材料在閥門中已獲得廣泛應(yīng)用，如球閥的閥座主要采用聚四氟乙烯塑料，蝶閥的密封圈和隔膜閥的隔膜采用各種橡膠材料。這些材料在可以使用的溫度范圍內(nèi)具有比金屬更好的密封性。

    隨著現(xiàn)代核工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)、電子工業(yè)和航天工業(yè)的發(fā)展，以及流程工藝自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離流體輸送的發(fā)展，促進(jìn)了現(xiàn)代低溫閥、真空閥、核工業(yè)用閥和各種調(diào)節(jié)閥的發(fā)展。用于遠(yuǎn)距離控制和程序控制的閥門驅(qū)動(dòng)裝置的應(yīng)用越來越多。

    未來閥門的發(fā)展將向擴(kuò)大產(chǎn)品參數(shù)，發(fā)展節(jié)能、省力和自控閥門，改進(jìn)結(jié)構(gòu)、采用新材料和新工藝，提高閥門的使用壽命，以及發(fā)展閥門系列等發(fā)面發(fā)展，如用于液氧、液氫和液化天然氣等的低溫閥、真空閥、核工業(yè)用閥、安全閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥和閥門驅(qū)動(dòng)裝置等。