阀门的种类特性及其选用浅析

发布时间:2010-05-13  点击数:1745
   调节阀用于管路系统中处理液体之控制装置,选择调节阀的第一步骤是必须了解各种调节阀之功能及我们所希望的调节阀在装妥之后能完成我们所托付的任务与功效。
一、阀门的分类
    (1)阀依其功能,分类如下:
    A.开关阀类:闸阀、塞阀、球阀
    B.节流阀类:球型阀、针阀、角阀、碟型阀、隔膜调节阀
    C.止回阀类:摆动、升降及双片式逆止阀,底阀。
    D.压力控制阀类:减压阀、释压阀、安全阀
    E.特殊阀类:
    a.取样阀
    b.流量控制阀
    c.排放阀
    d.其它各式样阀
    (2)依材质分类
    A.非金属阀类:PVC、塑胶(钢)、特氟龙等。
    B.金属阀类
    a.铁金属:铁、钢、不锈钢、合金钢等。
    b.非金属:铝、铜等。
   (3)程方式分类
    A.铸造阀类:砂模、壳模、脱腊模、压铸等造模法,生产之阀类件。
    B.锻造阀类:由模锻或自由锻或丸(方)材值接加工,生产之阀类件。
    C.焊接制造阀类:体、盖分别由若干部分组合焊接制造而成,此类阀必须注意焊接程序规范及其鉴定(WPS与PQR)。
    D.射出成型阀类:一般用之于PVC、塑胶待非金属阀类之制造。
二、各类调节阀的特性
    (1)闸阀(GATE VALVES)
    闸阀是为了于一管线上某一部位系统需要“全开、全关”控制且流体流过仅能以微少之压力降产生时而设计使用的。当一系统中某一部份需予隔离,而不须考虑流体节流(THROTTING)的控制时闸阀是非常理想而适合的。因当节流使用时,则流体会产生高速流经门座,而造成流体之冲蚀门、座及壳体(产生拉丝现象),或引起震动而损伤。 
    (2)球型阀(GLOBE VALVES)、角阀(ANGLE VALVES)、针阀(NEEDLE VALVE)球型阀因球体有球柱状的外形而称之,主要是为须紧闭,经常开关及当流体须控制流量之节流作用而设计,其最主要特点是有效的节流,使拉丝现象减到最少因而减少阀门及阀座之浸(冲)蚀,但因阀座是平行于流线,流体流经该类阀座时流向之改变,将在阀中产生扰流,以及降力的下降,仅适合不荷求因压力降所造成扬程失时,方可使用。
    角阀的结构,特性是由球型阀修正而来,仅是出口与进中成90度直角之区别。 
    针阀亦是由塞式球型阀修正而来,阀塞为细长型有锥度的针状,特别适用于低流量范围的流量控制。 
    (3)逆止阀(CHECK VALVES)-----摆动式(SWING TYPE)、升降式(LIFT TYPE)、斜盘(门)式(TILTING DISC)、双片式(DUALPLATE)、底阀(FOOT VALVES)。 
    此类阀门其作用为容许流体朝一方向自由流动,而限制其反流动,当流体通过系统时的压力,把阀门开启,任何流体的反向,会把阀门关闭,关闭的完成,是赖止回机构的重量或赖反压,或赖弹簧或赖以上几种的组合。 
    (4)球型停止逆止阀(GLOBE STOP-CHECK VALVES)
    此阀门类似3.3项之升降式逆止阀,但加装阀杆及手输(或别的辅助操作装置)做为流体之关断及止回用,止阀不能以任何机械传动方式打开,只靠上游流体压力将阀门升举,离开阀座面。 
    (5)塞阀(PLUG VALVES) 
    此调节阀由插入阀体中之阀塞(门),为一具有锥度中间开槽的塞件而得名、结构简单属古老型式之调节阀,由全开至关只须转90度即可、阀塞(门)之流口可为任何尺寸与形状,也可作成多孔型式来配合三或四条管线连接,而能有不同的流向组合。一般用于全开或全关,不作节流使用(除非开口特殊钻石形状并经处理过)。 
    (6)球阀(BALL VALVE) 
    球阀是由塞阀修改而来,以球塞代替柱塞,来控制液体、阀塞(门)内通道截面积,则与配合管线的管径相同,流体作直线通过阀体,且吸有微小之压力降。现一般均使用PTEE、EPDM等材料,为阀座,因此,气泡密封性佳。且改良为防火及防静电之安全设计,被广泛使用,但因阀座为PTFE材质,其使用温度一般受限于250度以下。 
    (7)蝶形阀(BUTTERFLY VALVES) 
    此调节阀的构造是根据管子挡扳的原理,其流动控制元件是一有倾角的盘(门)(其材质可为金属或金属外缘包上塑胶、特氟隆等),圆盘固定在心轴上,并以能旋转的心轴来控制开闭(开、闭只须90度之旋转),阀座可为金属、橡胶、特氟隆等材料,而固定于阀体壁上,此阀构造简单,其阀体为薄饼(WAFER)型、重量轻,不占空间适合于节流及开闭之用。尤其用于大流量之控制(不适用于小流量)。  
    (8)隔膜调节阀(DIAPHRAGM VALVES) 
    此调节阀实际上不过是“钳夹”的调节阀,一个弹性的可扰的膜片,用螺椿连接在压缩件上,压缩件是由阀杆所操作而上下移动,当压缩件上升,膜片就高举,而造成通路,当压缩件下降,膜片就压在阀体堰上(假使为堰式阀)或压在轮廓的底部(假使为直通式),此调节阀适用于开关及节流之用。 
    隔膜调节阀是特别适用于运送有腐蚀性,有粘性的流体,例如泥浆、食品、药品、织维性粘合液等,因管线中,此阀的操作机构,是不暴露在运送流体中,故不具污染性,也不需要填料,阀杆填料部也不可能会泄漏。 
    (9)安全阀(SAFETY BALVES)、泄压阀(RELIDF VALVES)、安全、泄压阀工厂中,使用高温、高压气体的机会相当大,尤其在电厂、化学工厂,由于压力异常而造成塔槽、锅炉、管线等压力容器、设备被破坏而生泄漏,火灾或爆炸的机率相当高,为了防止此类意外事故之发生,使制程稳定操作,依美国机械工程师协会(ASME)之规定,必须在所有高压设备均装设此等安全排放装置之调节阀类。 
    此类调节阀之构造类似角阀,依其作动方式之不同可分为弹箕负载式(SPRING LOADED TYPE)及辅助调节阀作动式(PILOT OPERATED TYPE)。基本上是依力平衡方式作动装置。一旦阀盘(门)所受之压力大于弹箕或辅助调节阀之设定压力时,阀盘就会被此压力推开,其压力容器内之气(液)体会被排出,以降低该压力容器内之压力。 
    安全阀须设计成有全开急泄的作用,其容量超压以及冲放必须受ASME法规的规定。 
    泄压阀,设计成在初压力增加时,阀慢慢开启,且没有法规作依据,亦不必需立刻开启到全开位置,但压力增加时,它要继续不断的开启。 
    (10)冷冻阀类(CRYOGENIC VALVES) 
    用于在冷冻场所之运送液化气体(氧、氮、氢、氦)通常是用青铜或300系列不锈钢材质制成,调节阀的形式,可以是闸阀、球型阀、球阀、针阀、碟形阀等,该调节阀类异于上述各普通调节阀类之处理,其一是有延伸式阀盖,如此设计,是要有一足够之气室,防止阀杆填料冻结,而影响操作与密封性,及减少了通通阀杆的热泄漏,也在管线与手输之间,提供了绝热的空间,其二是在双阀座之密闭式空穴内在关闭时,必须考虑排泄掉入之液化气体,避免汽化时产生过高之压力。 
    (11)其它特殊阀类,列举如下,不作一一介绍。 
    A.取样阀 
    B.底槽冲冼阀 
    C.减压阀 
    D.反压调整阀 
    E.电磁阀 
    F.控制阀 
三、阀门之选用要点
    选用适宜调节阀类需依下列程序,逐一检核,如此被选取用之调节阀才能符合其功能,执行所交付之任务。 
    (1)阀门之特性与主要执行功能 
    了解各类调节阀之特性及其执行功能,为选用合适性阀类之第一步骤,其各类调节阀之特性,分类及主要执行功能前面第2、第3节已述及,现归纳整理为表一、表二、供其选用参考。 
    (2)口径或流(容)量“表三所示” 
    A.调节阀之公称直径,与流道之直径不一定一致,其选择之大小,由输送流体之条件算出需求Cv值,然后由Cv值(参考制造厂商目录)选定适合阀之口径。 
    B. Cv值之定义为在华氏60度下之水流经调节阀后,其压力降在1时,其每分钟测得之美国仑,即为该调节阀之Cv值。 
    C. Cv值可以计算出流经该调节阀之流量(Q)。 
    Q=CvΔP=7.9Cv 
    P=液体的密度,LB/FT3 
    ΔP=通过调节阀之后的压力降,PSI 
    (3)温度VS压力 
    调节阀的“温度VS压力”是指阀在某一定的温度下所规定的允许且安全的压力(但此压力为在没有冲击下的最大允许压力)。 
    5.调节阀之结构材料阀类结构上材料的选择,在调节阀之功能寿命上可说极其重要,然一般阀之结构材料主要区分为二大类:A.压力主体材料:阀体、阀盖、底盖、螺栓等。 
    压力主体材料选择所考虑之主要因素:
    a.流体之温度、压力:
    A)高温使用:金属材料一般在高温环境中,其抗拉强度与寿命随温度之升高而有所降低,其潜变之强度亦有所影响。
    B)低温使用:金属材料在低温之使用场合中,其破坏之韧性急剧降低产生低温脆性的现象。
    b.材料之腐蚀抗性:
    调节阀结构金属发生腐蚀之原因:
    (A)流体之种类(B)浓度 (C)温度
    腐蚀损害之形式:(A)均匀腐蚀(B)孔蚀(C)脱锌和剥离(D)晶粒间腐蚀(E)破裂c.材料之冲蚀抗性:通常耐冲蚀材料必须具备以下之特点:A)强大的氧化被膜材料B)降伏点、耐力之材料C)疲劳界限高之材料D)硬度值较高之材料B.主要配件材料(TRIIM):阀门座面、阀座座面、阀杆、导套及内部小零件等主配件材料选择所考虑之因素:a)流体之温度b)材料腐蚀抗性c)材料冲蚀抗性d)材料之抗磨损与抗黏滞性(6)阀盖形式一般阀盖与阀体结合方式,有下列数种,依阀之尺寸,使用状况,温度压力及泄漏造成的危险性等条件,供其评估选择。 
    A.锁牙结合式(SCREWED BONNET) 
    B.螺栓结合式(BOLTED BONNET) 
    C.围焊结合式(SEAL WELDED BONNET)D.压力密封式(PRESSURE SEAL BONNET)E.由令结合式(UNION TYPE)(7)调节阀结构特殊需求依使用温度,场所不同,而有所特殊的要求列举如下:A.防火与防静电设计——在球阀设计时与使用须特别注意。 
    B.延伸式阀盖设计——应用于冷冻阀、输送液化气体。 
    C.噪音与空蚀之限制——尤其应用于控制阀设计与使用之特别考虑。 
    D.防填料泄漏之伸缩囊之引用设计——须绝对封闭不外场所考虑。 
五、操作方式 
    一般限于操作、安装环境、运转条件或次数,而有电动、气动驱动装置之考虑,且因电脑之应用普及,现及发展至整个系统制程之连线与监控,无须人为驱动。但因于轮或加装齿轮减速装置之经济性与耐用性,仍大部份被人所乐意采用。