用以控制流體流量、壓力和流向的裝置,簡稱閥。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(閥瓣、塞體、閘板、蝶板和隔膜等)、驅動機構(閥桿和帶動它運動的閥門驅動裝置)、密封件(填料、墊片等)和緊固件等組成。閥門的控制功能是依靠驅動機構或流體驅使啟閉件升降、滑移、旋擺或回轉運動以改變流道面積的大小來實現的。圖1為閥門啟閉件的運動方式。

  閥門的用途很廣泛。它與人們的日常生活有密切的關系,例如自來水管用的水龍頭、液化石油氣灶用的減壓閥都是閥門。閥門也是各種機械設備如內燃機(見內燃機配氣機構)、蒸汽機、壓縮機、泵、氣壓傳動裝置、液壓傳動裝置(見液壓控制閥、車輛、船舶和飛行器中不可缺少的部件。閥門在各種工業管道上的使用最為廣泛。

  簡史 公元前2000年前中國人就在輸水管道上使用瞭竹管和木塞閥,以後又在灌溉渠道上使用水閘,在冶煉用的風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。隨著冶煉技術和水力機械的發展,在歐洲出現瞭銅制和鉛制旋塞閥。隨著鍋爐的使用,1681年又出現瞭杠桿重錘式安全閥。1769年瓦特蒸汽機出現以前,旋塞閥和止回閥一直是最主要的閥門。蒸汽機的發明使閥門進入瞭機械工業領域。在瓦特的蒸汽機上除瞭使用旋塞閥、安全閥和止回閥外,還使用瞭蝶閥,用以調節流量。隨著蒸汽流量和壓力的增大,使用旋塞閥控制蒸汽機的進汽和排汽已不能滿足需要,於是出現瞭滑閥。1840年前後,相繼出現帶螺紋閥桿的截止閥和帶梯形螺紋閥桿的楔式閘閥,這是閥門發展中的一次重大突破。這兩類閥的出現,不僅滿足瞭當時各種工業對壓力、溫度不斷提高的要求,而且初步滿足瞭對流量調節的要求。此後隨著電力工業、石油工業、化學工業和造船工業的發展,各種高中壓閥門得到迅速發展。第二次世界大戰後,由於聚合材料、潤滑材料、不銹鋼和鈷基硬質合金的發展,古老的旋塞閥和蝶閥獲得瞭新的應用,球閥和隔膜閥得到迅速發展。截止閥、閘閥和其他閥門品種增加,質量提高。閥門制造業逐漸成為機械工業的一個重要部門。

  分類 閥門按使用功能分為6類。①截斷閥:主要用於截斷流體通路。這類閥使用最多,它包括截止閥、閘閥、旋塞閥、球閥、蝶閥、隔膜閥(圖2)、夾管閥等。②調節閥:主要用於調節流體的壓力、流量等,包括調節閥、節流閥、減壓閥和浮球調節閥等。③止回閥:用於阻止流體的逆向流動,有各種類型。④分流閥:用於分配流體的通路去向或將兩相流體分離,包括滑閥、多通閥、疏水閥和排空氣閥等。⑤安全閥:用於安全保護,防止鍋爐、壓力容器或管道因超壓而破壞。⑥多用閥: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。

  工業管道閥門按公稱壓力(符號為рN)可分為:真空閥,公稱壓力小於標準大氣壓力;低壓閥,рN≤1.6兆帕;中壓閥,рN=2.5~6.4兆帕;高壓閥,рN=10~80兆帕;超高壓閥,рN≥100兆帕。閥門按工作溫度可分為:常溫閥,工作溫度為-30~120℃;中溫閥,工作溫度為121~450℃;高溫閥,工作溫度高於450℃;低溫閥,工作溫度低於-30℃。

  閥門還可按驅動裝置的類型、與管道的聯接方式和閥體的使用材料等進行分類。閥門可按各種分類方法單獨地或組合地命名,也可按啟閉件的結構特征或具體用途命名。

  基本參數和性能 閥門的基本參數是工作壓力、工作溫度和口徑。對於大量使用於工業管道的各種閥門,常用公稱壓力(рN)和公稱通徑(符號為DN)作為基本參數。公稱壓力是指某種材料的閥門在規定的溫度下允許承受的最大工作壓力。公稱通徑是指閥體與管子聯接端部的名義內徑。

  閥門的基本性能根據其種類和用途有不同的要求主要有密封、強度、調節、流通、啟閉等性能。①密封性能:閥門的任何部位應不向外泄漏流體並在全關後能完全斷流(或其泄漏量不大於標準規定值)。②強度性能:閥門的閥體、閥桿和閥蓋等零件不僅要承受流體的壓力和溫度的作用,而且還要承受驅動機構和管道施加的各種附加力的作用,因此要有足夠的強度,並按標準規定的試驗壓力進行強度試驗,以保證使用安全。③調節性能:指閥門的調節特性,如調節閥的閥瓣行程變化值與相應的流量變化值具有一定的函數關系;減壓閥具有一定的減壓范圍等。④流通性能:指閥門在全開時通過流體的能力,常用流通能力或流體阻力系數來表示,閥門的流道通暢,則流體阻力系數小而流通能力大,反之則流體阻力系數大而流通能力小。⑤啟閉性能:指閥門的啟閉力(轉矩)、啟閉動作速度和可靠性等性能。

  在設計和選用閥門時,除瞭要考慮基本參數和性能外,還要考慮流體的性能,包括流體的相態(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。

  密封和材料 密封性能和強度性能是一切閥門最基本、最重要的性能。閥門的密封分為內密封和外密封兩部分。內密封是閥瓣與閥座之間的密封;外密封是閥桿運動部位與閥蓋之間、閥體與閥蓋之間和閥體與管道聯接部位之間的密封。閥門在使用時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生泄漏或因強度不夠而使零件破壞,將會造成不同程度的經濟損失,如輸送有毒、易燃易爆或有強腐蝕性流體,還可能導致嚴重的安全事故。為瞭保證閥門的密封和強度,除瞭必須遵守有關標準規定合理地進行結構設計、確保工藝質量外,還必須正確地選用材料。

  閥體(蓋)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,用於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、鑄鋼內襯耐蝕材料制造。

  密封面材料 閥瓣和閥座或與其相接觸的密封表面所使用的材料。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合金。聚合材料在閥門中已獲得廣泛應用,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具有比金屬更好的密封性。

  密封件材料 為瞭保證外密封部位的密封性,必須正確地選用填料、墊片等密封件材料,同時對閥桿的表面進行強化處理,以防止產生腐蝕(流體、填料和大氣的腐蝕)和擦傷。某些嚴格限制泄漏的閥門(如核工業用閥)常使用波紋管來密封閥桿,其聯接部位大多采用焊接方法。

  發展趨勢 核工業、石油化學工業、電子工業和航天工業的發展,以及流程工藝自動控制和遠距離流體輸送的發展,促進瞭現代低溫閥、真空閥、核工業用閥和各種調節閥的發展。用於遠距離控制和程序控制的閥門驅動裝置的應用越來越多。閥門的發展趨勢是:①擴大產品參數,如閥門的最大口徑已達10米,最低工作壓力已達1.33×10-8帕,球閥和蝶閥正向高溫、高壓領域發展。②發展節能、省力和自控閥門。為瞭減小流體輸送能耗和蒸汽的熱能損失而發展球閥、蝶閥和疏水閥;為瞭適應工業自動化的發展要求而研制各種電力、氣壓、液壓驅動閥門和各種控制閥。③改進結構、采用新材料和新工藝,提高閥門的使用壽命。如采用彈性結構、潤滑結構以減小閥門的密封力和轉矩,用塑料、鈦合金等制造閥門,用膨脹石墨等新型材料制作填料,廣泛使用硬質合金和聚四氟乙烯等材料作為密封面,采用各種新的表面強化工藝以提高閥門壽命。④發展專用閥門系列,如用於液氧、液氫和液化天然氣等的低溫閥、真空閥、核工業用閥、安全閥、調節閥、疏水閥和閥門驅動裝置等。

參考書目

 J.Kemply,Valve Users Manual,Mechanical Engi-neering Publ.Ltd.,London,1980.

 G.H.Pearson,Valve Design,Mechanical Engi-neering Publ.Ltd.,London,1978.