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1、2023/9/29,1,第八章 阀门的部件、连接及密封,普通阀门分阀体与阀盖、关闭件、阀杆及其他三部分组成。,8.1 阀体与阀盖,阀体与阀盖是阀门的大件，它要承受介质的压力，适应一定的温度范围，具有一定的耐腐蚀性能，因而它决定着阀门的重量和经济性，在选择材料时往往重点考虑。普通阀门的阀体、阀盖，多用金属材料铸造或锻造而成。一般来说，铸件可以形状复杂而结构合理，锻件形状较简单,但强度高.常用的金属材料有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、铜合金、碳钢、Cr5Mo钢、1Cr18Ni9Ti钢、Cr18Ni12Mo2Ti钢、12Cr1MoV钢等,8.2 关闭件,关闭件，也叫密封件，狭义地说，是指跟随阀杆动作的
2、阀瓣、闸板之类；广义地说，包括阀体上的阀座。这里所说的是后者。关闭件是直接影响阀门可靠性的重要部件,体积很小,在结构和材料选择上,对于经济性的考虑较少，而力求关闭密合严实，使用长久。,2023/9/29,2,关闭件的密合形式,1）平面密合，如图8-1所示。,这种密合形式，制作容易，但阀杆所受轴向力大，不容易关严。,2）锥面密合，如图8-2、8-3所示。,这种密合形式，密合性强，关闭牢靠，在高压和小口径阀门中广泛使用；但关闭瞬间接触面磨损较大。针形阀属于这一类型。,3）球面密合，如图8-4、8-5所示。,这种密合有的是线接触，有的是面接触（例如球阀），密合效果都不差，但是制作修理较复杂。,图8-
3、1 平面密合,图8-2锥面密合(一),图8-3锥面密合(二),图8-4球面密合(一),图8-5球面密合(二),图8-6 刀形密合,4）刀形密合，如图8-6所示。,这种密合形式，接近于线接触，关闭省劲，可用于真空阀及其他类似阀门，制造容易，但经不住高压，损坏较快。,将密合形式与常用阀门相对照可知，闸阀是平面密封，关闭件的运动是平移；碟阀和旋启式止回阀也是平面密封，但关闭件是旋转的；旋塞件是锥面密封，但锥体（旋塞体）是旋转的。截止阀采用的密合形式多样。,2023/9/29,3,阀瓣与阀座的密封圈结构,为了密合可靠，在截止阀、闸阀等的阀瓣和阀板阀座中，往往用另外合适材料做成密封圈装入，而利用钢铁材料
4、本身做密合面的，只是用于油类等不易腐蚀、生锈的一部分阀门。,图8-7 软质材料密封圈结构,1)软质材料。用螺栓固定于阀瓣。如图8-7所示。,这种结构型式便于维修，如使用条件许可，有些其他材料的平面密合截止阀也可以采用。,图8-8 金属压入式(一),图8-9 金属压入式(二),图8-10 金属压入式(三),2)金属压入。如图8-810所示,压入材料，以不锈钢、铜合金为多。,3)螺纹拧入。如图8-11、12所示。,图8-11 螺纹拧入式(一),基体一般是钢的，密封圈也是强度较高的金属。,图8-12 螺纹拧入式(二),4)堆焊。如图8-1314所示,图8-13 堆焊结构(一),图8-14 堆焊结构(
5、二),堆焊材料一般为不锈钢、硬质合金。其中图8-14为堆焊后压入的复合形式。,2023/9/29,4,密封圈材料,密封圈对于阀门工作的可靠性和使用寿命往往起关键性作用。选用密封圈,必须注意密合性能好，耐腐蚀，耐摩擦，耐冲刷，与阀门工作的温度、压力相适应，便于加工和修理。软质材料：密合性能好，便于修理和更换，在使用条件不苛刻的地方，可优先采用。常用的软质材料，有皮革、天然橡胶、合成橡胶、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等。其中聚四氟乙烯（氟塑料的一种），耐腐蚀性能优异，温度适应范围广（从-180+200），摩擦系数小，做密封圈比较理想。但软质材料总不如硬质材料（金属）坚固，所以普通工业阀门的密封圈，
6、还是以硬质材料为多。,常用硬质材料，有铜合金、巴氏合金、不锈钢、硬质合金、渗氮钢。铜合金：适用于水或蒸汽，耐磨性好，低压阀门(pg16kgf/cm2)用得较多，工作温度不超过250。不锈钢：适用于高温、高压和腐蚀性的介质。例如铬不锈钢（常用牌号有2Cr13、3Cr13）,适用于450以下的水、蒸汽和石油；铬镍钛不锈钢（常用牌号有1Cr18Ni9Ti）,能耐硝酸等腐蚀性介质，耐温可达600，做密封圈使用很广。硬质合金：如钴基合金，耐腐蚀性、耐摩擦性和耐冲刷性都好，使用寿命长，是比较理想的密封圈材料，一般采用堆焊后再加工的方法制造。渗氮钢：铬钼铝合金钢（常用牌号为38CrMoAlA）经渗氮处理后，
7、可在540以下的蒸汽介质中耐久使用，目前电站阀门广泛采用。硬质材料密封圈性能，主要取决于两个密封圈的加工，研磨越精细，密合性能越好。,2023/9/29,5,8.3 阀杆及其他,阀杆是上下运动和承受轴向力的重要零件，下部与关闭件相连接，上部受手轮等操纵件控制，上下联动实现阀门的启闭。,阀杆材料,阀杆是运动件和受力件，且常与密封填料摩擦，处于介质的浸泡之中，因此所选材料要有足够的强度和良好的韧性、抗擦伤性、耐温性和耐蚀性。加工光洁度力求高等级。普通阀门的阀杆常用材料有：碳素钢、合金钢、不锈钢、耐热钢,阀杆与关闭件的连接,阀杆与关闭件（阀瓣、闸板）的连接，要求是：连接可靠；转动阀杆时，阀瓣不与阀体
8、密封面相互摩擦；阀瓣与阀体密封面之间能调整；便于维修。,图8-15下螺母连接,1）下螺母连接：如图8-15所示。,这种形式，结构简单，易做易换，多用于小口径高压截止阀，但不适用于大口径，因为对阀座密封面的对中调整性较差。,2023/9/29,6,2）T形槽连接：如图8-16所示。,图8-16T形槽连接,这种形式，常用于公称通经100毫米以下的截止阀。密合调整性强，但连接不很可靠。,图8-18对开环连接,3）上螺母连接：如图8-17所示。,这种形式，连接可靠，有一定调整性，便于修换。,图8-17上螺母连接,图8-19钢丝圈连接,图8-20碾合连接,4）对开环连接：如图8-18所示。,这种形式，连
9、接可靠，用于压力、温度较高和腐蚀性介质的截止阀。,5）钢丝圈连接：如图8-19所示.,这种形式，用于无腐蚀性介质和不重要阀门，维修很方便。,6）碾合连接：如图8-20所示.,这种形式，阀瓣用阀杆端部周圈辗牢，不致脱落。但阀瓣损坏时，不好单独更换。仅用于小口径截止阀。,以上是截止阀阀瓣与阀杆连接的几种基本形式,针形阀阀瓣与阀杆为一体。,2023/9/29,7,7）闸板螺纹连接：如图8-21所示。,这种形式，用于暗杆式闸阀。,图8-21闸板螺纹连接,8）闸板T形槽连接：如图8-22所示。,图8-22闸板T形槽连接,这种形式，用于明杆单闸板阀门。,9）螺纹闸板架连接：如图8-23所示。,这种形式，在
10、明杆双闸板阀门中广泛采用。,图8-23螺纹闸板架连接,阀杆与操纵件的连接,阀杆上部与手轮、手柄等操纵件的连接。,1）直接固定连接：如图8-21所示。,这种形式，阀杆随着操纵杆旋转，使用较广泛。,2）螺母活动连接：如图8-23所示。,这种形式，螺母与手轮固定，作一体旋转,阀杆并不旋转,只作升降运动。用于明杆阀门。,2023/9/29,8,3）撞击式连接：如图8-24所示。,图8-24撞击式连接,这种连接用于某些高压阀门；为了增大开启力和关闭力，在手轮与阀杆螺母的连接处，留有适当空间，可让手轮游动很大角度，在开闭阀门的瞬间，猛烈旋转手轮，使它对阀杆螺母产生一个撞击力，这个力量大大超过单纯旋转手轮的
11、力量。,图8-25滚珠螺母连接,4）滚珠螺母连接：如图8-25所示。,这种连接，是阀杆与螺母之间放置滚珠，螺母转动时，滚珠跟着前进，使阀杆升降。滚珠又有上下孔相连通，可周而复始地使用。它的优点是以滚动摩擦代替滑动摩擦，使操作力矩大大减小；缺点是结构复杂，不易加工制作。,阀杆螺母材料,阀杆螺母，是指与阀杆配合并作相对运动的螺母。如上所述，它是阀杆与操纵件的中间连接件。由于经常处于摩擦和受力状态，要求螺母材料摩擦系数小，有一定强度，不生锈，不容易与阀杆咬死。常用的阀杆螺母材料，有铜合金、塑料和钢等。,2023/9/29,9,8.4 阀门的连接形式,图8-26 光滑式法兰连接,8.4.1 法兰连接,
12、这是阀门中用得最多的连接形式。按结合面形状又可分为以下几种：,1）光滑式：如图8-26所示。,用于压力不高的阀门。加工比较方便。,2）凹凸式：如图8-27所示。,图8-27 凹凸式法兰连接,工作压力较高，可使用中硬垫圈。,3）榫槽式：如图8-28所示。,图8-28 榫槽式法兰连接,可用塑性变形较大的垫圈，在腐蚀性介质中使用较广泛，密封效果较好。,4）梯形槽式：如图8-29所示。,图8-29 梯形槽式法兰连接,用椭圆形金属环作垫圈，使用于工作压力64kgf/cm2的阀门，或高温阀门。,5）透镜式：如图8-30所示。,图8-30 透镜式法兰连接,垫圈是透镜形状，用金属制作。用于工作压力100kgf
13、/cm2的高压阀门，或高温阀门。,6）O形圈式：如图8-31所示。,这是一种较新的法兰连接形式，它是随着各种橡胶O形圈的出现而发展起来的，其密封效果比一般平垫圈可靠。,图8-31 O形圈式法兰连接,2023/9/29,10,螺纹连接,这是一种简便的连接方法,常用于小阀门。分两种情况:,1）直接密封：如图8-32A处。,内外螺纹直接起密封作用。为了确保连接处不漏，往往用铅油、线麻和聚四氟乙烯生料带填充；其中聚四氟乙烯生料带，使用日见广泛；这种材料耐腐蚀性能很好，密封效果极佳，使用和保存方便，拆卸时，可以完整地将其取下，因为它是一层无粘性的薄膜，比铅油、线麻优越得多。,图8-32 螺纹连接,2）间
14、接密封：如图8-32B处。,内外螺纹旋紧的力量，传递给两平面间的垫圈,让垫圈起密封作用.,卡套连接,图8-33 卡套连接,卡套连接，在我国近年才发展起来，它的连接和密封原理是，当旋紧螺母时，卡套受到压力，使其刃部咬入管子外壁，卡套外锥面又在压力下与接头体内锥面密合，因而能够可靠地防止泄漏。见图8-33。,图8-34 采用卡套连接的阀门,优点：1.体积小，重量轻，结构简单，拆装容易；2.连接力强，使用范围广，可耐高压(1000kgf/cm2)、高温(650)和冲击振动；3.可以选用多种材料，适合防腐蚀；4.加工精度要求不高；5.便于高空安装。,图8-34是一个双头卡套的小口径球阀。,2023/9
15、/29,11,卡箍连接,这是一种快速连接方法，它只需两个螺栓，适用于经常拆卸的低压阀门。如图8-35所示。,图8-35 卡箍连接,图8-36 自紧连接,图8-37 采用自紧连接的阀门,内自紧连接,以上各种连接形式，都是利用外力来抵消介质压力，实现密封的。而内自紧连接则是利用介质压力进行自紧的连接形式。如图8-36所示，它的密封圈装在内锥体处，跟介质相向的一面成一定角度，介质压力传给内锥体，又传递给密封圈，在一定角度的锥 面上，产生两个分力，一个与阀体中心线平行向外，另一个压向阀体内壁。后面这个分力便是自紧力。介质压力愈大，自紧力也愈大。所以这种连接形式，适合于高压阀门。它比法兰连接，要节省许多
16、材料和人力，但也需要一定的预紧力，以便在阀内压力不高时，使用可靠。,利用自紧密封原理做成的阀门一般是高压阀门。图8-37是自紧阀门的一种。,阀门连接的形式还很多，例如有的不必拆除的小阀门，跟管子焊接在一起；有的非金属阀门，采用承插式连接，等等。阀门使用者要根据具休情况具体对待。,2023/9/29,12,8.5 动密封,阀门的动密封，主要是指阀杆密封。不让阀内介质随阀杆运动而泄漏，是阀门动密封的中心课题。,图8-38 压盖式填料函,填料函形式,目前，阀门动密封，以填料函为主。填料函的基本形式有:,1）压盖式：如图8-38所示。,a)活节螺栓,b)双头螺栓,c)T形螺栓,同一形式又有许多细节区别
17、。如，从压紧螺栓来说，可分T形螺栓(图8-38c用于压力16kgf/cm2的低压阀门)、双头螺栓(图8-38b)和活节螺栓(图8-38a，用于高中压阀门)等。从压盖来说，可分整体式和组合式(如图8-39a、b所示)。,a)整体式压盖,b)组合式压盖,图8-39 压盖,图8-40 压紧螺母式填料函,2）压紧螺母式：如图8-40所示。,这种形式，外形尺寸小，但压紧力受限制，只使用于小阀门。,2023/9/29,13,填料,对填料的要求：1.密封性好；2.耐腐蚀；3.磨擦系数小;4.适应介质温度和压力。,1）石棉盘根：,石棉盘根的耐温和耐腐蚀性能都很好，但单独使用时，密封效果不佳，所以总是浸渍或附加
18、其他材料。,a)扭制,b)编结,图8-41 石棉盘根,油浸石棉盘根：它的基本结构形式有两种，扭制和编结，如图8-41所示。,2）聚四氟乙烯编织盘根：,将聚四氟乙烯细带编织为盘根，有极好的耐腐蚀性能，又可用于深冷介质。,图8-42 塑料成型填料,3）橡胶O型圈：,在低压状态下，密封效果良好。使用温度受限制，如天然橡胶只能用于60。,4）塑料成型填料：,一般做成三件式，如图8-42所示。也可做成其他形状。所用塑料以聚四氟乙烯为多，也有采用尼龙66和尼龙1010的。,使用单位根据自己的需要，常常探索各种有效的填料形式。例如，在250蒸气阀门中，用石棉盘根和铅圈交替迭合，漏汽情况就会减轻；有的阀门，介
19、质经常变换，如以石棉盘根和聚四氟乙烯生料带共同使用，密封效果便好些。为减轻对阀杆的磨擦，有的场合，可以加二硫化钼（M0S2）或其他润滑剂。,目前，对新颖填料，正进行着探索。,2023/9/29,14,波纹管密封,随着化学工业和原子能工业的迅速发展,易燃、易爆、剧毒和带放射性的物质增多，对阀门密封有了更严格的要求，有的场合已无法使用填料密封，因此产生了新的密封形式波纹管密封。这种密封不需填料，所以也叫无填料密封。,图8-43波纹管密封,图8-44采用波纹管密封的阀门,波纹管密封的结构如图8-43所示。波纹管的两端，与别的零件焊死。当阀杆升降时，波纹管伸缩，只要波纹管本身不漏，介质便无法泄出。,用
20、波纹管密封做成的阀门，如图8-44所示。,2023/9/29,15,8.6 静密封,静密封通常是指两个静止面之间的密封。主要是使用垫圈。垫圈材料 1）非金属材料：如纸、麻、牛皮、石棉制品、塑料、橡胶等。纸、麻、牛皮之类，有毛细孔，易渗透，使用时须浸渍油、蜡或其他防渗透材料。一般阀门很少采用。石棉制品，又有石棉带、绳、板和石棉橡胶板等。其中石棉橡胶板结构致密,耐压性能好，耐温性能也很好，在阀门本身和阀门与管子的法兰连接中，使用极为广泛。塑料制品，有很好的耐腐蚀性能，使用也较普遍。品种有聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙66、尼龙1010等。橡胶制品，质地柔软,各种橡胶分别有一定耐酸、耐
21、碱、耐油、耐海水的能力.品种有天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、异丁橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶等。2）金属材料：一般地说,金属材料强度高,耐温性能强。但铅并不这样，仅取它耐稀硫酸的特性。常用品种有黄铜、紫铜、铝、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金、银、镍等。3）复合材料：一般地说,金属材料强度高,耐温性能强。但铅并不这样，仅取它耐稀硫酸的特性。常用品种有黄铜、紫铜、铝、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金、银、镍等。,2023/9/29,16,常用垫圈性能,使用阀门时，往往根据具体情况，更换原带垫圈。常有垫圈有：橡胶平垫圈、橡胶O形圈、塑料平垫圈、聚四氟乙烯包垫圈、石棉橡胶垫圈、金属平垫圈、金属异形垫圈、金
22、属包皮垫圈、波形垫圈、缠绕垫圈等。,1）橡胶平垫圈,变形容易，压紧时不费力，但耐压、耐温能力都较差，只用于压力低、温度不高的地方。天然橡胶有一定耐酸碱性能，使用温度不宜超过60；氯丁橡胶也能耐某些酸碱，使用温度80；丁腈橡胶耐油，可用至80；氟橡胶耐腐蚀性能很好，耐温性能也比一般橡胶强，可在150介质中使用。,2）橡胶O形垫圈,断面形状是正圆，有一定的自紧作用，密封效果比平垫圈好，压紧力更小。,2023/9/29,17,3）塑料平垫圈,塑料的最大特点是耐腐蚀性好，从下表可以看出个大概：,大部分塑料耐温性能不好。聚四氟乙烯为塑料之冠，不但耐腐蚀性能优异，而且耐温范围比较宽阔，可在-180+200
23、之内长期使用。,2023/9/29,18,4）聚四氟乙烯包垫圈,为了充分发挥聚四氟乙烯的优点，同时弥补它弹性较差的缺点，做成聚四氟乙烯包裹橡胶或石棉橡胶的垫圈。这样，既同聚四氟乙烯平垫圈一样耐腐蚀，又有良好的弹性，增强密封效果，减小压紧力。其断面形状如图8-45所示。,图8-45聚四氟乙烯包垫圈,5）石棉橡胶垫圈,由石棉橡胶板剪成。它的组分是6080%的石棉和1020%的橡胶，以及填充剂、硫化剂等。它有很好的耐热性、耐冷性、化学稳定性，而且货源丰富，价格便宜。使用时，压紧力不必很大。由于它能粘附金属，所以最好表面涂一层石墨粉，以免拆卸时费劲。,6）金属平垫圈,铅，耐温100；铝430；铜315
24、；低碳钢550；银650；镍810；蒙乃尔（镍铜）合金810，不锈钢870。其中铅耐压能力较差，铝可耐64kgf/cm2，其他材料可耐高压。,图8-46透镜垫圈,图8-47椭圆形垫圈,7）金属异性垫圈,图8-48 锥面双垫圈,图8-4648所示的透镜垫圈、椭圆形垫圈及锥面双垫圈皆为高压自紧垫圈。,还有方形、菱形、三角形、齿形、燕尾形、B形、C形等异型垫圈,2023/9/29,19,8）金属包皮垫圈,金属既有良好的耐温耐压性能，又有良好的弹性。包皮材料有铝、铜、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金等。里面填充材料有石棉、聚四氟乙烯、玻璃纤维等。断面形状如图8-49。,图8-49 金属包皮垫圈,9）波形垫圈
25、,具有压紧力小，密封效果好的特点。常采用金属与非金属组合的形式。如图8-50所示。,图8-50 波形垫圈,10）缠绕垫圈,把很薄的金属带和非金属带紧贴在一起，缠绕成多层圆形，断面呈波浪状,有很好的弹性和密封性。金属带可用08钢、0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、铜、铝、钛、蒙乃尔合金等制作。非金属带材料有石棉、聚四氟乙烯等。断面形状如图8-51。,图8-51 缠绕垫圈,以上讲述密封垫圈性能时，列举了一些数字。必须说明，这些数字跟法兰形式、介质情况和安装修理技术等有密切的关系，有时可以超过，有时达不到，而且耐压和耐温性能，也是互相转化的，例如温度高了，耐压能力往往降低，这
26、些细微的问题，只能在实践中体会。,2023/9/29,20,新材料和新技术,1）液体密封,随着高分子有机合成工业的迅猛发展，近年出现了液态密封胶，使用于静密封；这项新技术，通常叫做液体密封。液体密封的原理是利用液态密封胶的粘附性、流动性和单分子膜效应（越薄的膜自然回复倾向越大），在适当压力下，使它象垫圈一样地起作用。所以对使用着的密封胶，也叫做液体垫圈。,2）聚四氟乙烯生料密封,聚四氟乙烯也是高分子有机化合物，它在烧结成制品之前，叫做生料，质地柔软，也有单分子膜效应。用生料做成的带叫生料带，可以卷成盘长期保存。使用时能自由成形，任意接头，只要一有压力，便形成一个均匀地起着密封作用的环形膜。作为
27、阀门中阀体与阀盖间的垫圈，可在不取出阀瓣或闸板的情况下，撬开一缝隙，塞进生料带去就行了。压紧力小，不粘手，也不粘法兰面，更换十分方便。对于榫槽法兰最适宜。聚四氟乙烯生料，还可做成管形和棒状，作密封用。,2023/9/29,21,3）金属空心O形圈,弹性好，压紧力小，有自紧作用，可选用多种金属材料，从而在低温、高温和强腐蚀性介质中都能适应。,4）石墨板密封圈,在人们印象中，石墨是脆性物质，缺乏弹性和韧性,但经过特殊处理的石墨,却是质地柔软，弹性良好。这样，石墨的耐热性能和化学稳定性，便可以在垫圈材料中得以显示；而且这种垫圈压紧力小，密封效果异常优越。这种石墨还能做成带，跟金属带配合，组成性能优异
28、的缠绕垫圈。石墨板密封圈和石墨/金属缠绕垫圈的出现，是高温抗腐蚀密封的重大突破。这类垫圈，国外已经大量生产和使用。,2023/9/29,22,8.7 螺栓,螺 栓 材 料 选 用 表,介,质,温,度,材,料,牌,号,压,力,(kg f/cm2),2023/9/29,23,螺母材料选用表,介,质,温,度,材,料,牌,号,压,力,(kg f/cm2),阀门连接的常用零件是螺栓，通常有普通螺栓、T形螺栓、双头螺栓、活节螺栓。在选择螺栓材料时，要考虑温度与压力。上述两表可供参考。如阀门周围环境有腐蚀性时，可根据具体情况选用Cr17Ni2、2Cr13、1Cr18Ni9等钢号。必须注意，螺栓与螺母不要采用同一成分的材料，以免咬住。,
