铸钢截止阀设计要素

                    上海申弘阀门有限公司

第四节截止阀各种结构设计要素
一、之前介绍蒸汽截止阀热损失，现在介绍铸钢截止阀设计要素
一般通径≥40 mm的直通式截止阀，都采用铸钢件形式，并采用外阀杆螺母式结构，如图截止阀的型号即工作图号。其型号的编制方法，目前的标准是JB/T 308为使型号传达更多的信息，笔者在此基础上作了一些补充，见表1-1。
    表1.1阀门型号的组成代号‘'w”表示；当阀座和阀瓣密封面材料不同时，甩低硬度材料代黾1—1所示。设计这种阀门必须按标准规定进行，
    1．铸钢截止阀设计要素阀门开启高度
    阀门全开启时，阀门内各处的流通截面积不得小于通径面积。阀体设计时要保证前后通道的截面积，还应保证阀瓣全开时阀腔内流道的截面积。这个截面积与阀瓣的开启高度有关。如开启高度不够，此处的流通截面积肯定是不够的。这个开启高度必须保证不小于阀座通径的1/4，阀座通径也就是这台阀门的通径。
    为什么开启高度不得小于阀座通径的1/4呢？假设在阀座通道上方有一个圆柱体，这圆柱体上面被阀瓣挡住了，阀门全开时，介质只能从圆柱体四周流出，这个圆柱体的表面积不能小于阀座的流通面积。一个简单的公式如下：

但结构设计还必须注意到以下几个方面式中  d——阅座通径，按标准规定阀座通径应    图1 h1铸钢截止阀结构图与阀体通径一致。    i-阀体2一阀瓣3闲瓣盖4-阀盖
    5上密封座6阀杆7括节螺栓8填料——阀门全开时，阀瓣底平面离开阀座  9、15螺母10-手轮11阀杆螺母l2填料
    上口平面的距离。    13-带孔填料垫l4一螺塞16-垫片17螺柱
    2．阀体排放槽
    阀体除了要有相应的阀瓣开启空间外，还必须有一个足够的四周空间。介质从阀座通道出后，向那个虚拟的圆柱体四周扩散，茌阀瓣下游方只有一个出口，所以在阀瓣四周还必须一个称之为排放槽的虚拟空间，如图1-2所示。图中D为阀体中腔直径，d为阀瓣直径。介5一部分在阀瓣下部流向下游出口，还有相当大一部分涌向阀瓣四周和上方，再涌向出口，一目设计将排放槽的面积定为阀座的通道面积，就是说这个中腔面积是阀座通道面积加上阀瓣的Z平面积。
    设计时一般将阀体中腔直径设计成1. 5d。

    3．阀体前后流道
    阀体流道的走向和截面形状多变，从进口到出口，尽量要大小均匀，这样介质流能减少紊流，减小流阻，减小对阀体的冲击，尤其要选准人口端流道半径的中心。因阀门结构长度不同，压力等级不同，此中心点法用公式来计算，只能由设计人员根据经验来找出。
    阀体出口端，也就是后端的流道设计也是图1-2卧式升降式止回阀中腔沿水平向中线剖示图很关键的。从图1-1可以看出，流道上边是一条直线，下边是一个圆弧。沿出口流道中线开，则流道上口与阀体中腔是相切的，即沿着中腔的内壁曲线下伸直到出口端法兰的通道口出口端道与阀体中腔连接处的高度为阀门通径的0.8~0. 85倍。

  4．阀座及密封面
  铸钢截止阀阀座可用阀体直接机加工出来，或在阀体上堆焊各种合金材料，可用螺纹连接，也可以焊接。
    不锈钢阀体的阀座密封面，直接在铸件本体上加工出来。铸件有可能会出现疏松或小孔，应进行补焊，以保证密封面的要求。
    阀体直接堆焊合金材料也是可采用的工艺，如堆焊钴铬钨硬质合金材料，但必须把整个阀体预热并焊后保温，很麻烦。堆Cr13类材料不必预热，但发现堆焊缺陷要返工，并且阀体在堆焊前上机床，堆焊后再次上机床，两次机加工也费时费工。
    用螺纹连接阀座是一些企业常采用的方法，把合格的螺纹阀座直接旋上阀体，十分方便。但阀体加工螺纹麻烦，螺纹阀座与阀体间的密封也较困难。
    焊接座圈是zui常用的方法。座圈机加工完毕后喷焊合金层，然后将此阀座圈焊接到阀体上。焊接是在自动喷焊机上进行的，堆焊层质量可靠。阀座圈焊上后，密封面会微量变形，所以必须进行精加工。
    无论采用哪种形式的阀座，截止阀密封面总是采用平面密封或锥面密封。平面密封较为简
单，并且易于控制。锥面密封适用于高压阀门，锥面较平面结构易于达到密封要求。
    无论是平面密封还是锥面密封，都是阀瓣的密封画宽于阀座密封面，并且宽的密封面材料硬于窄密封面材料。如窄的材料硬度超过宽的材料，那宽的较软的密封面上就会有压痕，再次密封时可能就会泄漏。图1—3所示的阀体可用本体加工出密封面，如发现有影响密封的缺陷必须补焊后再精加工。图1—4所示的阀体可在上面直接堆焊所需合金层，如钴铬钨硬质合金，应进行预热并保温，如发现有影响密封的缺陷须返工。堆焊层经机加工后，纯合金层厚度必须不小于2mm。图1-5所示的阀体可用螺纹阀座圈直接旋人。阀座圈上端反面要设计凸台，以利于研磨，阀体上的密封面也应设计凸台。图1.6所示的阀座圈采用与阀体相同的材料，阀体上加工有安放限位，上口设计有角焊函，焊接厚度为5mm。阀座圈密封面喷焊层经机加工后纯合金层厚度≥/mm。也可直接用密封面材料作焊接阀座圈。
图1-3不锈钢阀体密封面图1-4碳钢、合金钢阀体堆焊密封面

    l图1—5碳钢合金类阀体安装阀座圈图1-6焊接阔座圈喷焊密封面
  5介质流向
  截止阀的标准JB/T 12233和JB/T 12235中没有标明介质在阀门中的流向，在英国标准BS1873中也没有标明介质的流向，也就是说截止阀没有硬性规定阀体的进出口。但是一般链钢截止阀中介质都是从阀座通孔向上流向阀瓣底面和四周，然后涌向出口端的，这个方向称为正向。有介质从阀瓣四周和下方流向阀座通孔，这个方向称为反向，这种情况下流阻系数会高一些，一般都不采用这种流向。反向流通的好处主要是密封可靠，除了阀杆的关闭力还有介质的压力都作用在阀瓣的背面。
    上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀,气动截止阀,电动蝶阀,气动蝶阀正向和反向在阀门的设计上是有很大区别的。正向流动时，密封时是靠阀杆的顶力，阀杆要有足够的直径，介质顶阀瓣时阀杆不会弯曲，密封时不会发生泄漏。而反向流动时阀门打开，阀瓣提起来时，要保证阀杆凸面与阀瓣盖端面之间有足够的抗压强度而不会变形。尤其要保证阀瓣盖与阀瓣连接的普通螺纹有足够的强度，这段螺纹在阀瓣打开时极易破坏。
    6．安装方向不同阀瓣盖结构不同
    截止阀的安装方向是十分重要的，因安装方向不同，阀门的设计也是不相同的。用在水平管道与垂直管道是阀瓣盖不同的两种设计。一般截止阀都用在水平管道上，操作手轮或其他驱动机构都是向上的。如果在倾斜管道上手轮没有向上安装，或用在了垂直管道上，则密封性能会受到一定影响，尤其是对于锥面密封结构。在非正常位置安装时，可在阀瓣盖上作一些改动，大口径截止阀在阀瓣下面安装一根定位杆，阀座下方再加工一个定位孔，不会增加多少成本，订货时要待清楚。具体如图1-7一图1-9所示。图1-7胼示为常规的用于水平管道，手轮或驱动装置朝上的铸截止阀上阀瓣盖与阀瓣结构。图1-8所示为小口径的用于非水平管道，或手轮与驱动装置处于非正常置的长颈阀瓣盖与阀瓣结构。长颈阀瓣盖能克服阀瓣向一边倾斜。图1-9所示为用于大口径的非水平管道，或手轮与驱动装置处于非正常位置的阀瓣盖与阀瓣结构。

图1-7水平管道阅瓣盖与阀瓣结构示意图    图1-8非水平管道阀瓣盖与阀瓣结构示意图
    7．铸钢截止阀阀体的另一种造型
    国内生产和供应的截止阀阀体都是流道型的，进口从端法兰通道口通过弯曲的管道直通到阀座下方，出口是从阀体中腔通过弯曲变形的管道通到出口端法兰口。国家机械行业标准JB/T 12233和JB/T 12235中的示图都是这种造型。
    BS 1873中给出的造型如图l一10所示，阀体是橄榄形的，中间阀座处是一块平板。这种阀门造型简洁，铸造方便，不易产生夹渣、气孔等缺陷，阀内每一处截面积能不图1—9大口径的非水平管道阀瓣
    盖与阀瓣结构示意图小于通道截面积。这种造型的阀门流道大小变化太大，介质在其中多为紊流，流阻系数可能会大一些。与本文相关的产品有美标钛截止阀