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一般截止閥的流通介質(zhì)由閥座下方往上流動,即習慣上稱為“低進高出”,這樣當閥門關(guān)閉時,閥桿處的密封填料不致遭受工作介質(zhì)壓力和溫度的作用, 并且閥門關(guān)閉嚴密的情況下,還可進行填料的更換工作。其缺點是閥門的關(guān)閉力較大,較大口徑的閥門很難實現(xiàn)密封。因此,有時也使介質(zhì)由閥座上方往下流動,即習慣上稱為“高進低出”,由于介質(zhì)壓力作用于閥瓣的上方,閥門很容易實現(xiàn)密封,但這樣閥門的開啟力矩較大,容易造成密封填料的泄漏并且不能在線更換閥門的填料。
一般DN150以下的截止閥介質(zhì)大都從閥瓣的下方流入,而DJV200以上截止閥介質(zhì)大部分從閥瓣的上方流入,這是考慮到閥門的關(guān)閉力矩所致。為了減少開啟或關(guān)閉力矩,一般DJV200以上的截止閥都設(shè)內(nèi)旁通或外旁通閥門。
電站行業(yè)通常的做法是:公稱壓力<戶]^160時, 一般采用“低進高出”;公稱壓力>PN200時,一般采用“高進低出”。
對于截止閥的介質(zhì)流向問題,國外的閥門公司和一些科技文獻也有闡述,具體如下。
5.12.1加拿大維蘭公司推薦的做法
安裝截止閥時,通常把進口安裝在閥座下方。必須仔細檢查,避免安裝錯誤。如果節(jié)流環(huán)境特別嚴酷,建議安裝截止閥時應(yīng)該讓流體從閥座上方流進, 向下流經(jīng)截止閥。這樣能夠保持閥門處于更加穩(wěn)定的狀態(tài),磨損降到zui小,外部噪聲也比較小。由于關(guān)閉閥門所需的力矩較小,操作閥門也比較容易。但是, 應(yīng)該注意到填料處于恒負載狀態(tài)。一般的截止閥適合用于適度的節(jié)流應(yīng)用。一般而言,通徑足夠大的截止閥(例如管道內(nèi)水流速度在15?25ft/s之間,蒸汽流速在200?300ft/s之間),節(jié)流后的流量不應(yīng)該小于*開啟狀態(tài)流量(流量系數(shù)大約為全沖程的20%) 的35%以下。如果節(jié)流條件比較嚴酷,小于*流量的35%,就應(yīng)該由應(yīng)用部門分析并決定在可能的空化、沖蝕、噪聲和振動現(xiàn)象下的適用性。
5.12. 2 《Valve Selection Handbook》推薦的做法
如果介質(zhì)從閥瓣上方流入時,介質(zhì)可能將閥瓣從閥桿上方?jīng)_掉或使閥瓣上的元件脫落,則介質(zhì)就必須改為由閥瓣下方流入。只要作用于閥瓣下方的流體載荷不超過40?60kN,則關(guān)緊帶有旋轉(zhuǎn)升降閥桿和金屬密封手動載止閥就不會太費力。對于金屬密封手動 截止閥,采用非旋轉(zhuǎn)閥桿和滾子軸承支撐閥桿螺母。 當流體載荷為70?100kN時也能關(guān)緊,具體的流體
載荷大小取決于閥門結(jié)構(gòu)和泄漏標準。介質(zhì)從閥瓣下方流入有一個特別的優(yōu)點,即閥門關(guān)閉時,填料函不會受到上游的壓力,但是,它也存在缺點,如果閥門切斷的是諸如蒸汽之類的熱介質(zhì),則閥門關(guān)閉之后, 閥桿的收縮將導致密封泄漏。
如果介質(zhì)從閥瓣上方流入,由于閥瓣上方作用有介質(zhì)壓力,則閥桿的關(guān)閉力會增大,從而大大增加閥門的密封可靠性。在這種情況下,只要作用在閥瓣上方的流體載荷不超過40?60kN,則關(guān)閉帶有旋轉(zhuǎn)閥桿手動載止閥就不會太費力。當采用非旋轉(zhuǎn)閥桿且用滾子軸承支撐閥桿螺母時,可以克服70?100kN的流體載荷而手動開啟截止閥。如果作用在閥瓣上方的流體載荷更高,則有必要安裝一只旁通閥。在截止閥開啟之前給下游加壓,從而幫助截止閥開啟。
(1) 截斷
截止閥是截斷閥門中的一種,用來截斷或接通管路中的介質(zhì),不宜用來調(diào)節(jié)介質(zhì)的壓力或流量。如果長期處于節(jié)流狀態(tài),密封面會被介質(zhì)沖蝕,不能保證其密封性。
(2) 節(jié)流
理論上截止閥適合于節(jié)流使用,此時閥瓣的zui小 開啟高度應(yīng)為20%的開度;否則由流動誘發(fā)的振動 可能會導致閥門的損壞。
當截止閥用于節(jié)流工況時,需要更換其閥瓣,用 于節(jié)流的截止閥,其閥瓣結(jié)構(gòu)見“節(jié)流閥”章節(jié)。
截止閥的種類很多,并且有多種分類方法。
截止閥按照密封材料可分為軟密封截止閥和金屬 硬密封截止閥兩大類;按照閥瓣的結(jié)構(gòu)形式可分為閥 瓣平衡式截止閥和閥瓣非平衡式截止閥兩大類;按照 流道形式可分為直流通道、Z形流道、角式流道、直 流流道和三通流道等。
5.14.1軟密封截止閥
在截止閥中,為防止軟質(zhì)密封件受熱損壞,在軟質(zhì)密封件前安裝了一種散熱裝置,它是由一塊帶有較大散熱表面的金屬片組成的。如果用于氧氣的工況,這種設(shè)計還不足以防止軟質(zhì)密封件的起火燃燒,為防止該種閥門失效,就必須擴大閥座以外的進口通道,使進口通道的一端形成一個口袋,以便使高溫氣體集聚在離開密封件以外的地方。在設(shè)計軟質(zhì)密封面時,要著軍考慮防止 軟質(zhì)密封元件被介質(zhì)壓力擠出或造成位移。
軟密封材料包括橡膠包覆閥瓣、PTFE (或其他塑料)閥座或金屬閥瓣鑲嵌非金屬材料以及很流行的軟硬雙重密封閥瓣結(jié)構(gòu)。這種軟密封結(jié)構(gòu)的閥門常用于蒸汽和氣體介質(zhì),尤其是在低壓銅截止閥上使用。
軟密封閥門所需的關(guān)閉力極小,軟密封閥瓣易于更換,只要閥座密封面沒有損傷,更換閥瓣的軟密封件,閥門的性能就能很快恢復如初。
(1)閥瓣包覆橡膠軟密封截止閥
圖5-36為閥瓣包覆橡膠軟密封截止閥結(jié)構(gòu)圖及效果圖,盡管閥體采用了T形結(jié)構(gòu),但是在閥體內(nèi)腔進口通道側(cè)鑄造出來與水平方向呈45°的閥座,這就使得閥門的流道呈直線形,達到和直流式閥體一樣的效果,介質(zhì)的流通能力好;而且由于采用橡膠軟密 封,閥門的密封性能好。
該閥門殼體采用鑄鐵材料,閥瓣包覆三元乙丙橡膠。 該閥門具有如下特點:
①免維護;.
②低流阻,良好的流通性;
③節(jié)流功能;
④暗桿設(shè)計(內(nèi)螺紋提升);
⑤閥桿螺紋在閥體外部;
⑥自對中閥桿軸承;
⑦EDD波紋管密封;
⑧雙重密封保障;
⑨保溫罩同時具有防結(jié)露功能;
⑩閥體可*保溫,可以節(jié)約能源。
該閥門主要用于一10?120°C的熱水系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)中。
(2)非金屬鑲嵌式軟密封截止閥
圖5-37為非金屬鑲嵌式軟密封截止閥結(jié)構(gòu)圖, 閥瓣上鑲嵌聚四氟乙烯等聚合物,主要用于液化石油氣站的燃氣管路系統(tǒng)。
5.14.2金屬密封截止閥
(1)直通式截止閥
直通式截止閥中的“直通”是因為它的連接端是在一條軸線上,但其流體通道并非真正意義的“直通”, 而是相當曲折的。流體必須有90°轉(zhuǎn)彎,方可通過閥座, 然后再折回90°才能恢復到原來的方向。在鑄造閥門里, 通道的形狀和面積由于閥門尺寸和壓力額定值的不同也有所不同。其典型的結(jié)構(gòu)如圖5~14和圖5~15所示。
圖5-16所示為Z形通道截止閥的結(jié)構(gòu)。模鍛閥 體或自由鍛造閥體通常將進出口流道和管道中心線成 一定的角度,即形成Z形流道,并且常常加工成縮徑,然而縮小的孔徑和曲折的流道會大大增加流體的壓力損失,此外應(yīng)該注意的是,轉(zhuǎn)折的銳角在流體工 況中會有汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。
(2)角式截止閥
追溯截止閥的發(fā)展歷史,zui初開發(fā)的是角式截止閥,然后才逐步發(fā)展成直通式截止閥。如今雖然直通式截止閥應(yīng)用得更為普遍,但角式截止閥仍有一些*的優(yōu)勢。
角式截止閥(圖5-17)允許流體流向改變90°方向,流體總是從閥座底部進入。比起直通式,流道更為幵放和更少曲折,因此壓力損失較小。角式截止閥不容易被固體顆粒侵蝕。為了達到更好的調(diào)節(jié)特性,閥瓣可設(shè)計成爪形或裙式。由于流向的改變,閥體會受到流體反作用力的影響。這些力正常情況下不大,但由于閥門口徑規(guī)格和流體密度的影響,有可能會增大。
小型銅合金螺紋連接角式截止閥廣泛用于清潔水工況中。大多數(shù)工業(yè)用角式截止閥為螺栓閥蓋式,鑄鋼制造,也會使用青銅、不銹鋼和雙相鋼材料等。角式截止閥常見的尺寸規(guī)格和壓力等級通常為DN50?250 (NPS2?10),Class 150?800。超出此范圍通常會采用平衡式閥瓣,以減少流體對閥桿的軸向推力。
另一種作為換向閥較常用的工況是壓力釋放系統(tǒng)。兩個安全閥裝在一個三通截止閥上,當其中一個安全閥需要隔離或者維修時,另外一個安全閥可以正常運行。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因,三通截止閥流阻很大。流體方向的改變會使流體在大口徑三通截止閥上 產(chǎn)生較大的反作用力。
三通截止閥閥體一般是鑄鋼或者合金鋼。用于發(fā)電廠的閥門一般采用對焊連接以克服法蘭連接會產(chǎn)生泄漏的問題。
(5)波紋管密封截止閥
波紋管密封截止閥如圖5-39所示。
電力、石化、冶金行業(yè)所使用的排污疏水用高溫高壓截止閥普遍存在較為嚴重的內(nèi)漏現(xiàn)象,尤其在電力系統(tǒng)更為嚴重。目前,閥門工程師及電廠技術(shù)人員都在努力通過改進閥門的結(jié)構(gòu)、密封面材料等各種方法來試圖解決閥門內(nèi)漏問題,從而涌現(xiàn)出具有特殊結(jié)構(gòu)的新型閥門。比較典型的結(jié)構(gòu)有:硬質(zhì)合金球面密封截止閥、Y形截止閥、帶節(jié)流套筒截止閥等,但效果并不理想。而內(nèi)漏對電力生產(chǎn)所造成的能源損耗確實是不容忽視的。因此,*內(nèi)漏,節(jié)約能源是當今電力生產(chǎn)系統(tǒng)的當務(wù)之急。
通過到各電廠調(diào)研和與電廠技術(shù)人員的深入交流,發(fā)現(xiàn)內(nèi)漏的根本原因在于閥門密封副在開關(guān)瞬間造成的沖刷。閥門在開啟和關(guān)閉的瞬間,由于密封面間的間隙很小,閥門的壓差(相當于閥門入口壓力)很大,從而導致介質(zhì)在密封副處的流速很高,使密封 面處于高速介質(zhì)沖刷狀態(tài)下,極易引起密封面的損壞而發(fā)生泄漏。對于鍋爐排污系統(tǒng)和疏水系統(tǒng)上的關(guān)斷閥,由于介質(zhì)為飽和水,閥門關(guān)閉或開啟的瞬間,閥門所承受的壓差很大,密封面間既產(chǎn)生嚴重沖刷,同時又會在節(jié)流處下游產(chǎn)生汽蝕,從而引起內(nèi)漏。排污系統(tǒng)和疏水系統(tǒng)在鍋爐啟動初期,特別是在新機組或大修后的機組啟動過程中,介質(zhì)中含有的固體顆粒 (鐵銹、焊渣、焊接飛濺物、氣割飛濺物、氧化皮及管道或聯(lián)箱內(nèi)的雜物等)很多,在閥門關(guān)閉或開啟瞬間,密封面間極易夾雜固體顆粒而造成壓傷,引起閥門關(guān)閉不嚴,致使密封面很快被沖刷壞。由此可見, 造成閥門內(nèi)漏的原因主要是沖刷和壓傷引起的。
針對這種現(xiàn)象,閥門技術(shù)人員在閥門結(jié)構(gòu)上進行了大膽創(chuàng)新,采用雙閥瓣結(jié)構(gòu),使主密封面避免了高速介質(zhì)的強烈沖刷。在材料上采用鉆基合金堆焊,密封面硬度可以超過45HRC,很大程度上減少了閥門的內(nèi)漏問題。
①用途抗沖刷截止閥適用于水、汽管道上, 作啟閉裝置。其典型應(yīng)用場合為汽機疏水、給水疏水、加熱器疏水、鍋爐疏水、過熱器疏水、對空排水、水冷壁下聯(lián)箱排污和高加疏水。
②性能特點抗沖刷截止閥各項性能指標*符合JB/T3595—2002《電站閥門一般要求》和美國ASME相關(guān)規(guī)范的要求。
③工作原理和結(jié)構(gòu)說明為避免介質(zhì)高速沖刷, 閥門采用倒流(高進低出)結(jié)構(gòu),閥門密封副采用先節(jié)流并阻斷臟物,再利用節(jié)流后的介質(zhì)使密封面得到自清潔,從而*解決了內(nèi)漏問題,具體原理如下。
圖5-40所示為抗沖刷截止閥關(guān)閉初期,環(huán)形密封面開始節(jié)流,阻斷較大固體顆粒進到閥瓣和閥座錐形密封面處,只有細小顆粒的污物還會進入到閥門錐面密封空間。此時介質(zhì)的zui大流速發(fā)生在閥瓣和閥座環(huán)形空間內(nèi),從而使閥門錐面密封副避免了高速介質(zhì)的沖刷。
圖5-41所示為抗沖刷截止閥節(jié)流中段,是針對圖5-40位置時進入截止閥密封面上的細小顆粒物而設(shè)計的。此時介質(zhì)通過閥瓣和閥座間的細小空隙產(chǎn)生的高速氣流或水流對密封面起到一個吹掃的作用,從而使污物無法在密封面上停留,進而清潔了密封面。
圖5-42所示為抗沖刷截止閥關(guān)閉狀態(tài),從而實現(xiàn)了抗沖刷截止閥的全部功能。
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