輔機(jī)8閥門部件連接及密封課件

第八章閥門的部件、連接及密封

普通閥門分閥體與閥蓋、關(guān)閉件、閥桿及其他三部分組成。

8.1閥體與閥蓋

閥體與閥蓋是閥門的大件，它要承受介質(zhì)的壓力，適應(yīng)一定的溫度范圍，具有一定的耐腐蝕性能，因而它決定著閥門的重量和經(jīng)濟(jì)性，在選擇材料時(shí)往往重點(diǎn)考慮。普通閥門的閥體、閥蓋，多用金屬材料鑄造或鍛造而成。一般來(lái)說(shuō)，鑄件可以形狀復(fù)雜而結(jié)構(gòu)合理，鍛件形狀較簡(jiǎn)單,但強(qiáng)度高.常用的金屬材料有灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、銅合金、碳鋼、Cr5Mo鋼、1Cr18Ni9Ti鋼、Cr18Ni12Mo2Ti鋼、12Cr1MoV鋼等8.2

關(guān)閉件，也叫密封件，狹義地說(shuō)，是指跟隨閥桿動(dòng)作的閥瓣、閘板之類；廣義地說(shuō)，包括閥體上的閥座。這里所說(shuō)的是后者。關(guān)閉件是直接影響閥門可靠性的重要部件,體積很小,在結(jié)構(gòu)和材料選擇上,對(duì)于經(jīng)濟(jì)性的考慮較少，而力求關(guān)閉密合嚴(yán)實(shí)，使用長(zhǎng)久。2/6/202318.2.1關(guān)閉件的密合形式

1）平面密合，如圖8-1所示。

這種密合形式，制作容易，但閥桿所受軸向力大，不容易關(guān)嚴(yán)。

2）錐面密合，如圖8-2、8-3所示。

這種密合形式，密合性強(qiáng)，關(guān)閉牢靠，在高壓和小口徑閥門中廣泛使用；但關(guān)閉瞬間接觸面磨損較大。針形閥屬于這一類型。

3）球面密合，如圖8-4、8-5所示。這種密合有的是線接觸，有的是面接觸（例如球閥），密合效果都不差，但是制作修理較復(fù)雜。

圖8-1平面密合圖8-2錐面密合(一)圖8-3錐面密合(二)圖8-4球面密合(一)圖8-5球面密合(二)圖8-6刀形密合

4）刀形密合，如圖8-6所示。

這種密合形式，接近于線接觸，關(guān)閉省勁，可用于真空閥及其他類似閥門，制造容易，但經(jīng)不住高壓，損壞較快。

將密合形式與常用閥門相對(duì)照可知，閘閥是平面密封，關(guān)閉件的運(yùn)動(dòng)是平移；碟閥和旋啟式止回閥也是平面密封，但關(guān)閉件是旋轉(zhuǎn)的；旋塞件是錐面密封，但錐體（旋塞體）是旋轉(zhuǎn)的。截止閥采用的密合形式多樣。

2/6/202328.2.2閥瓣與閥座的密封圈結(jié)構(gòu)為了密合可靠，在截止閥、閘閥等的閥瓣和閥板閥座中，往往用另外合適材料做成密封圈裝入，而利用鋼鐵材料本身做密合面的，只是用于油類等不易腐蝕、生銹的一部分閥門。

圖8-7

軟質(zhì)材料密封圈結(jié)構(gòu)

1)軟質(zhì)材料。用螺栓固定于閥瓣。如圖8-7所示。這種結(jié)構(gòu)型式便于維修，如使用條件許可，有些其他材料的平面密合截止閥也可以采用。

圖8-8

金屬壓入式(一)圖8-9

金屬壓入式(二)圖8-10

金屬壓入式(三)

2)金屬壓入。如圖8-8~10所示壓入材料，以不銹鋼、銅合金為多。

3)螺紋擰入。如圖8-11、12所示。圖8-11

螺紋擰入式(一)基體一般是鋼的，密封圈也是強(qiáng)度較高的金屬。圖8-12

螺紋擰入式(二)

4)堆焊。如圖8-13~14所示圖8-13

堆焊結(jié)構(gòu)(一)圖8-14

堆焊結(jié)構(gòu)(二)

堆焊材料一般為不銹鋼、硬質(zhì)合金。其中圖8-14為堆焊后壓入的復(fù)合形式。2/6/202338.3閥桿及其他閥桿是上下運(yùn)動(dòng)和承受軸向力的重要零件，下部與關(guān)閉件相連接，上部受手輪等操縱件控制，上下聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)閥門的啟閉。

8.3.1

閥桿材料

閥桿是運(yùn)動(dòng)件和受力件，且常與密封填料摩擦，處于介質(zhì)的浸泡之中，因此所選材料要有足夠的強(qiáng)度和良好的韌性、抗擦傷性、耐溫性和耐蝕性。加工光潔度力求高等級(jí)。普通閥門的閥桿常用材料有：碳素鋼、合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼

8.3.2

閥桿與關(guān)閉件的連接

閥桿與關(guān)閉件（閥瓣、閘板）的連接，要求是：連接可靠；轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿時(shí)，閥瓣不與閥體密封面相互摩擦；閥瓣與閥體密封面之間能調(diào)整；便于維修。

圖8-15下螺母連接

1）下螺母連接：如圖8-15所示。

這種形式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易做易換，多用于小口徑高壓截止閥，但不適用于大口徑，因?yàn)閷?duì)閥座密封面的對(duì)中調(diào)整性較差。

2/6/202352）T形槽連接：如圖8-16所示。圖8-16T形槽連接

這種形式，常用于公稱通經(jīng)100毫米以下的截止閥。密合調(diào)整性強(qiáng)，但連接不很可靠。圖8-18對(duì)開環(huán)連接

3）上螺母連接：如圖8-17所示。

這種形式，連接可靠，有一定調(diào)整性，便于修換。

圖8-17上螺母連接圖8-19鋼絲圈連接圖8-20碾合連接

4）對(duì)開環(huán)連接：如圖8-18所示。

這種形式，連接可靠，用于壓力、溫度較高和腐蝕性介質(zhì)的截止閥。

5）鋼絲圈連接：如圖8-19所示.

這種形式，用于無(wú)腐蝕性介質(zhì)和不重要閥門，維修很方便。

6）碾合連接：如圖8-20所示.

這種形式，閥瓣用閥桿端部周圈輾牢，不致脫落。但閥瓣損壞時(shí)，不好單獨(dú)更換。僅用于小口徑截止閥。

以上是截止閥閥瓣與閥桿連接的幾種基本形式

針形閥閥瓣與閥桿為一體。

2/6/202367）閘板螺紋連接：如圖8-21所示。

這種形式，用于暗桿式閘閥。

圖8-21閘板螺紋連接

8）閘板T形槽連接：如圖8-22所示。

圖8-22閘板T形槽連接

這種形式，用于明桿單閘板閥門。

9）螺紋閘板架連接：如圖8-23所示。

這種形式，在明桿雙閘板閥門中廣泛采用。圖8-23螺紋閘板架連接8.3.3

閥桿與操縱件的連接

閥桿上部與手輪、手柄等操縱件的連接。

1）直接固定連接：如圖8-21所示。

這種形式，閥桿隨著操縱桿旋轉(zhuǎn)，使用較廣泛。

2）螺母活動(dòng)連接：如圖8-23所示。

這種形式，螺母與手輪固定，作一體旋轉(zhuǎn),閥桿并不旋轉(zhuǎn),只作升降運(yùn)動(dòng)。用于明桿閥門。

2/6/202378.4閥門的連接形式圖8-26

光滑式法蘭連接8.4.1法蘭連接

這是閥門中用得最多的連接形式。按結(jié)合面形狀又可分為以下幾種：

1）光滑式：如圖8-26所示。

用于壓力不高的閥門。加工比較方便。

2）凹凸式：如圖8-27所示。

圖8-27

凹凸式法蘭連接

工作壓力較高，可使用中硬墊圈。

3）榫槽式：如圖8-28所示。

圖8-28

榫槽式法蘭連接

可用塑性變形較大的墊圈，在腐蝕性介質(zhì)中使用較廣泛，密封效果較好。

4）梯形槽式：如圖8-29所示。

圖8-29

梯形槽式法蘭連接

用橢圓形金屬環(huán)作墊圈，使用于工作壓力≥64kgf/cm2的閥門，或高溫閥門。

5）透鏡式：如圖8-30所示。

圖8-30

透鏡式法蘭連接

墊圈是透鏡形狀，用金屬制作。用于工作壓力≥100kgf/cm2的高壓閥門，或高溫閥門。

6）O形圈式：如圖8-31所示。

這是一種較新的法蘭連接形式，它是隨著各種橡膠O形圈的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的，其密封效果比一般平墊圈可靠。

圖8-31O形圈式法蘭連接2/6/202398.4.2

螺紋連接

這是一種簡(jiǎn)便的連接方法,常用于小閥門。分兩種情況:

1）直接密封：如圖8-32A處。

內(nèi)外螺紋直接起密封作用。為了確保連接處不漏，往往用鉛油、線麻和聚四氟乙烯生料帶填充；其中聚四氟乙烯生料帶，使用日見廣泛；這種材料耐腐蝕性能很好，密封效果極佳，使用和保存方便，拆卸時(shí)，可以完整地將其取下，因?yàn)樗且粚訜o(wú)粘性的薄膜，比鉛油、線麻優(yōu)越得多。

圖8-32螺紋連接

2）間接密封：如圖8-32B處。

內(nèi)外螺紋旋緊的力量，傳遞給兩平面間的墊圈,讓墊圈起密封作用.8.4.3

卡套連接

圖8-33卡套連接

卡套連接，在我國(guó)近年才發(fā)展起來(lái)，它的連接和密封原理是，當(dāng)旋緊螺母時(shí)，卡套受到壓力，使其刃部咬入管子外壁，卡套外錐面又在壓力下與接頭體內(nèi)錐面密合，因而能夠可靠地防止泄漏。見圖8-33。圖8-34采用卡套連接的閥門

優(yōu)點(diǎn)：1.體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝容易；2.連接力強(qiáng)，使用范圍廣，可耐高壓(1000kgf/cm2)、高溫(650℃)和沖擊振動(dòng)；3.可以選用多種材料，適合防腐蝕；4.加工精度要求不高；5.便于高空安裝。

圖8-34是一個(gè)雙頭卡套的小口徑球閥。2/6/2023108.4.4

卡箍連接

這是一種快速連接方法，它只需兩個(gè)螺栓，適用于經(jīng)常拆卸的低壓閥門。如圖8-35所示。圖8-35卡箍連接圖8-36自緊連接圖8-37采用自緊連接的閥門8.4.5

內(nèi)自緊連接

以上各種連接形式，都是利用外力來(lái)抵消介質(zhì)壓力，實(shí)現(xiàn)密封的。而內(nèi)自緊連接則是利用介質(zhì)壓力進(jìn)行自緊的連接形式。如圖8-36所示，它的密封圈裝在內(nèi)錐體處，跟介質(zhì)相向的一面成一定角度，介質(zhì)壓力傳給內(nèi)錐體，又傳遞給密封圈，在一定角度的錐面上，產(chǎn)生兩個(gè)分力，一個(gè)與閥體中心線平行向外，另一個(gè)壓向閥體內(nèi)壁。后面這個(gè)分力便是自緊力。介質(zhì)壓力愈大，自緊力也愈大。所以這種連接形式，適合于高壓閥門。它比法蘭連接，要節(jié)省許多材料和人力，但也需要一定的預(yù)緊力，以便在閥內(nèi)壓力不高時(shí)，使用可靠。

利用自緊密封原理做成的閥門一般是高壓閥門。圖8-37是自緊閥門的一種。

閥門連接的形式還很多，例如有的不必拆除的小閥門，跟管子焊接在一起；有的非金屬閥門，采用承插式連接，等等。閥門使用者要根據(jù)具休情況具體對(duì)待。2/6/2023118.5.2

填料

對(duì)填料的要求：1.密封性好；2.耐腐蝕；3.磨擦系數(shù)小;4.適應(yīng)介質(zhì)溫度和壓力。

1）石棉盤根：

石棉盤根的耐溫和耐腐蝕性能都很好，但單獨(dú)使用時(shí)，密封效果不佳，所以總是浸漬或附加其他材料。a)扭制b)編結(jié)圖8-41石棉盤根油浸石棉盤根：它的基本結(jié)構(gòu)形式有兩種，扭制和編結(jié)，如圖8-41所示。

2）聚四氟乙烯編織盤根：

將聚四氟乙烯細(xì)帶編織為盤根，有極好的耐腐蝕性能，又可用于深冷介質(zhì)。圖8-42塑料成型填料

3）橡膠O型圈：

在低壓狀態(tài)下，密封效果良好。使用溫度受限制，如天然橡膠只能用于60℃。

4）塑料成型填料：

一般做成三件式，如圖8-42所示。也可做成其他形狀。所用塑料以聚四氟乙烯為多，也有采用尼龍66和尼龍1010的。

使用單位根據(jù)自己的需要，常常探索各種有效的填料形式。例如，在250℃蒸氣閥門中，用石棉盤根和鉛圈交替迭合，漏汽情況就會(huì)減輕；有的閥門，介質(zhì)經(jīng)常變換，如以石棉盤根和聚四氟乙烯生料帶共同使用，密封效果便好些。為減輕對(duì)閥桿的磨擦，有的場(chǎng)合，可以加二硫化鉬（M0S2）或其他潤(rùn)滑劑。

目前，對(duì)新穎填料，正進(jìn)行著探索。2/6/2023138.5.3

波紋管密封隨著化學(xué)工業(yè)和原子能工業(yè)的迅速發(fā)展,易燃、易爆、劇毒和帶放射性的物質(zhì)增多，對(duì)閥門密封有了更嚴(yán)格的要求，有的場(chǎng)合已無(wú)法使用填料密封，因此產(chǎn)生了新的密封形式－波紋管密封。這種密封不需填料，所以也叫無(wú)填料密封。圖8-43波紋管密封圖8-44采用波紋管密封的閥門波紋管密封的結(jié)構(gòu)如圖8-43所示。波紋管的兩端，與別的零件焊死。當(dāng)閥桿升降時(shí)，波紋管伸縮，只要波紋管本身不漏，介質(zhì)便無(wú)法泄出。用波紋管密封做成的閥門，如圖8-44所示。2/6/2023148.6

靜密封靜密封通常是指兩個(gè)靜止面之間的密封。主要是使用墊圈。8.6.1

墊圈材料

1）非金屬材料：如紙、麻、牛皮、石棉制品、塑料、橡膠等。紙、麻、牛皮之類，有毛細(xì)孔，易滲透，使用時(shí)須浸漬油、蠟或其他防滲透材料。一般閥門很少采用。石棉制品，又有石棉帶、繩、板和石棉橡膠板等。其中石棉橡膠板結(jié)構(gòu)致密,耐壓性能好，耐溫性能也很好，在閥門本身和閥門與管子的法蘭連接中，使用極為廣泛。

塑料制品，有很好的耐腐蝕性能，使用也較普遍。品種有聚乙烯、聚丙烯、軟聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龍66、尼龍1010等。

橡膠制品，質(zhì)地柔軟,各種橡膠分別有一定耐酸、耐堿、耐油、耐海水的能力.品種有天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、異丁橡膠、聚氨酯橡膠、氟橡膠等。

2）金屬材料：一般地說(shuō),金屬材料強(qiáng)度高,耐溫性能強(qiáng)。但鉛并不這樣，僅取它耐稀硫酸的特性。常用品種有黃銅、紫銅、鋁、低碳鋼、不銹鋼、蒙乃爾合金、銀、鎳等。

3）復(fù)合材料：一般地說(shuō),金屬材料強(qiáng)度高,耐溫性能強(qiáng)。但鉛并不這樣，僅取它耐稀硫酸的特性。常用品種有黃銅、紫銅、鋁、低碳鋼、不銹鋼、蒙乃爾合金、銀、鎳等。2/6/2023153）塑料平墊圈塑料的最大特點(diǎn)是耐腐蝕性好，從下表可以看出個(gè)大概：

弱酸

強(qiáng)酸

氧化性酸

弱堿

強(qiáng)堿

有機(jī)溶劑聚乙烯穩(wěn)定穩(wěn)定尚可穩(wěn)定穩(wěn)定80℃以下穩(wěn)定聚氯乙烯穩(wěn)定穩(wěn)定尚可穩(wěn)定穩(wěn)定溶于酮、酯聚四氟乙烯穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定聚三氟氯乙烯穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定尼龍尚可不穩(wěn)定不穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定介質(zhì)名稱塑料名稱大部分塑料耐溫性能不好。聚四氟乙烯為塑料之冠，不但耐腐蝕性能優(yōu)異，而且耐溫范圍比較寬闊，可在-180℃～+200℃之內(nèi)長(zhǎng)期使用。2/6/2023174）聚四氟乙烯包墊圈為了充分發(fā)揮聚四氟乙烯的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)彌補(bǔ)它彈性較差的缺點(diǎn)，做成聚四氟乙烯包裹橡膠或石棉橡膠的墊圈。這樣，既同聚四氟乙烯平墊圈一樣耐腐蝕，又有良好的彈性，增強(qiáng)密封效果，減小壓緊力。其斷面形狀如圖8-45所示。

圖8-45聚四氟乙烯包墊圈

5）石棉橡膠墊圈由石棉橡膠板剪成。它的組分是60～80%的石棉和10～20%的橡膠，以及填充劑、硫化劑等。它有很好的耐熱性、耐冷性、化學(xué)穩(wěn)定性，而且貨源豐富，價(jià)格便宜。使用時(shí)，壓緊力不必很大。由于它能粘附金屬，所以最好表面涂一層石墨粉，以免拆卸時(shí)費(fèi)勁。

6）金屬平墊圈鉛，耐溫100℃；鋁430℃；銅315℃；低碳鋼550℃；銀650℃；鎳810℃；蒙乃爾（鎳銅）合金810℃，不銹鋼870℃。其中鉛耐壓能力較差，鋁可耐64kgf/cm2

，其他材料可耐高壓。

圖8-46透鏡墊圈圖8-47橢圓形墊圈

7）金屬異性墊圈圖8-48錐面雙墊圈圖8-46~48所示的透鏡墊圈、橢圓形墊圈及錐面雙墊圈皆為高壓自緊墊圈。還有方形、菱形、三角形、齒形、燕尾形、B形、C形等異型墊圈2/6/2023188）金屬包皮墊圈金屬既有良好的耐溫耐壓性能，又有良好的彈性。包皮材料有鋁、銅、低碳鋼、不銹鋼、蒙乃爾合金等。里面填充材料有石棉、聚四氟乙烯、玻璃纖維等。斷面形狀如圖8-49。

圖8-49金屬包皮墊圈

9）波形墊圈具有壓緊力小，密封效果好的特點(diǎn)。常采用金屬與非金屬組合的形式。如圖8-50所示。

圖8-50波形墊圈

10）纏繞墊圈

把很薄的金屬帶和非金屬帶緊貼在一起，纏繞成多層圓形，斷面呈波浪狀,有很好的彈性和密封性。金屬帶可用08鋼、0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、銅、鋁、鈦、蒙乃爾合金等制作。非金屬帶材料有石棉、聚四氟乙烯等。斷面形狀如圖8-51。圖8-51纏繞墊圈以上講述密封墊圈性能時(shí)，列舉了一些數(shù)字。必須說(shuō)明，這些數(shù)字跟法蘭形式、介質(zhì)情況和安裝修理技術(shù)等有密切的關(guān)系，有時(shí)可以超過，有時(shí)達(dá)不到，而且耐壓和耐溫性能，也是互相轉(zhuǎn)化的，例如溫度高了，耐壓能力往往降低，這些細(xì)微的問題，只能在實(shí)踐中體會(huì)。

2/6/2023193）金屬空心O形圈