【阀门技术】按功能需求选择阀门—阀门挑选纲要
【阀门技术】按功能需求选择阀门—阀门挑选纲要
世闻阀门——您身边的好阀门
简介：
为仪表系统挑选阀门时，您所面对的选择可能令人眼花缭乱。简单举几个例子，可能有球阀、隔膜阀和波纹管阀、止回阀、流量限制阀（减压阀）、精密计量阀、闸阀、多口阀（多路阀）、针阀、旋塞阀、减压阀、升降旋塞阀和安全阀。此外，每种阀门都具有许多种规格、构造、构件材质和执行模式。为了做出最佳的选择，在挑选阀门前问一问这个问题绝对是大有裨益的：我需要阀门为我做些什么？
作者：小李, 天津世闻阀门——硬密封看我们
大多数阀门能够实现以下五大主要功能中的一种：开/关，流体控制，定向流通，过压保护和流量限制（减压）。确保阀门的种类与所需功能相匹配是阀门挑选程序中最关键的一步。在应用现场看到同一种阀门被派上多种用场不足为奇，例如将球阀用来节流。有些情况下，应用场合与阀门不相匹配而导致的后果可能是灾难性的，比如说将球阀应用在高压氧气环境中。在意外遭遇火种时，阀门快速开启时逃逸的氧气很可能引发氧气火灾。
下文将讲述几种基本的阀门类型，并介绍其工作原理、功能，以及从中挑选时应当注意的问题。
开/关阀
开/关控制是最基本的阀门功能。此种阀门可以管断和开通流体的通路。最常见的开/关阀有球阀、闸阀、隔膜阀和波纹管阀。
也许所有阀门中最常见的球阀（见图1）就是为开/关控制功能而设计的。90º转角执行器可以将金属球体在直通式流路中定位，从而实现流体的流通或关断。球体的中心位置上有一个大口径的通孔。当通孔与流路排成一条线时流体便可以通过。当通孔与流路成90度直角时则阻断了流路。如果您要找一种能够迅速关断的大流量阀门，那么球阀就是很好的选择。控制把手的位置能够一目了然地提示阀门是开启还是关闭着的。而且出于安全考虑，球阀很容易加以锁定并配上标签。应用最为普遍而且最经济的球阀规格是1/4英寸到2英寸之间（6-50毫米）。
由于最常用的应用领域是流程控制而非仪表系统，闸阀一般被用作开/关控制，尤其是在大于2英寸的管线上。作为工艺仪表，它们也经常被用作离开工艺管道之后的第一道阀门，通常会采用双关双泄放结构。在最老式的开/关阀中，这种阀门最典型的用途范围是一般的工业领域，例如大型工艺管线或传输管。有些管道的口径甚至大于100英寸（2540毫米）。通过把手的多圈转动，密封机构在直通式的流路中实现上升或下降。关断的过程是渐进的。
阀杆周围的盘根可以防止系统内介质从阀杆接触阀体的部位逸散至大气中。采用金属—金属密封的阀门被称为无盘根阀门，因为它们没有软性填密料，例如其它阀门通常会有的位于阀杆周围的衬垫和O型圈等。阀杆是圆柱体部件，它将把手（或执行器）和阀门内部部件连接在一起并执行关断、流体控制和流向控制功能。通常阀杆的动作模式是转动和/或上下运动。
所有的阀杆密封或盘根都会磨损，而磨损会导致泄漏。带有盘根的阀门必须定期进行维护或更换，尽管有些类型的盘根比其它类型的密封性能更好，而且更耐用，例如双片式雪佛龙(Chevron)设计。
与带有盘根的阀门相反，隔膜阀（见图2）没有盘根，而且可以实现迅速关断，并具有精准的执行速度。有些情况下，它们还能实现工艺流体的恒定供给。隔膜阀最典型的用途是高纯度生物制药领域和半导体行业。在所有的阀门种类中，隔膜阀的工作循环寿命最长，其内部结构经过了精心的设计。每个阀门内部都有一层金属或塑料材质的薄膜，可以向上或向下弹性扭曲，从而对入口端实施密封。这种坚固的阀门通常尺寸很小——都小于2英寸（50毫米）——但具有相对最大的孔径——或内部通道。
和隔膜阀一样，波纹管阀也没有盘根。在此基础上，当阀门与外界之间的密封至关紧要，而且维护工作受到限制时，波纹管阀就成了极佳选择。这种阀门经常被指定用于核电站的安全壳。一个焊接的密封将贮有介质的阀体下半部分与上半部分隔离开来。阀杆被彻底地包覆在金属波纹管内，并且可以在不旋转的情况下升降，保持对阀体入口的密封。
人们都说波纹管阀和隔膜阀的流路和截止阀的相类似。在截止阀中，流体不会像在球阀中那样沿着水准面循直线直接通过阀门。流路是从阀座下端进入阀门，再从阀座上方延伸到阀门外部。在孔径相同的情况下，截止阀的流量比直通式流路阀门的流量小。
↑图1. 球阀是用于开-关控制的理想选择。90º转角执行器可以将金属球体在直通式流路中定位，从而实现流体的流通或关断。
↑图2. 隔膜阀能实现迅速的关断，并具有精确的执行速度。在所有种类的阀门中，隔膜阀的工作循环寿命最长，其内部结构经过了精心的设计。
流量控制阀
通过转动流量控制阀上的把手，操作员可以提高或降低流量。他可以调整阀门，使流速达到需要的大小，随后阀门就能可靠地锁定这一流速。一些节流阀还有非常可靠的关断功能，但是将阀门从全开状态调整到全关需要将把手转动许多圈。
最普通的流量控制阀可以分为针阀、精密计量阀、90º转角旋塞阀以及升降旋塞阀。针阀（见图3）具有极佳的流体控制性能，而且视其具体的设计，还能实现密闭关断。针阀的阀杆较长，而且阀杆端头具有精心设计的几何外形（例如V型或针型），能够精确地楔入阀门入口上方的阀座。阀杆上有精密螺纹，从而确保了精确的流体控制。阀杆盘根则可以实现对外界的密封。有些针阀会采用金属-金属阀座密封；通常，针阀是应用于高温工况的很好选择。而流速则正如前文中所说，会受到限制，因为它的流路类似于截止阀。针阀是质量较轻、粘度较低的流体的理想选择。
如果需要最精密的流体控制性能，就可以考虑精密计量阀，它们最常见于实验装置中。精密计量阀是针阀的一种，阀杆细长，可以深入到一个狭长的孔内。这种内部结构构成了典型的截止阀模式，是实现流体精确分阶定量的理想选择。有些精密计量阀没有设计关断功能。
90º转角旋塞阀是一种通用阀门，价格比较经济。其原理是由90º转角执行器转动一个圆柱形旋塞，旋塞位于直通式流路中。旋塞上还有一个孔供流体通过。旋塞阀的用途除了关断以外，通常还可以在低压工况下节流。
另一种旋塞阀被称作升降旋塞阀。和针阀相类似，一端呈锥形的旋塞下降后楔入孔内，便可以抑制流量。它和针阀的不同之处在于流路，它采用的是直通式而非类似于截止阀的通路模式。正是由于采用了直通式通路，这种阀门不太擅长精细定级节流的功能。升降旋塞可以用通条清洁，因此当阀门受到系统介质阻塞时就可以体现出它的优势了。
↑图3. 针阀具有极佳的流体控制性能。阀杆上的精密螺纹令其能实现精准的流量控制。
方向流量阀
第三种类型的阀门用于控制流体的流向。止回阀（见图4）可以确保流体只向一个方向流动。最常见的设计是，上游流体的压力迫使一个弹簧负载的提升板开启，从而使流体通过。如果下游压力或反向压力增大，则提升板被推回阀座内并阻止流体反向通过。止回阀同时可以配置固定式或可调开裂压力。
有些球阀和隔膜阀设计有多个通道。在绝大多数多通道阀门中，流体只能从一个入口进入阀门，但可以根据执行器定位的不同，从多个出口中的一个流出。多通道阀门可以自由选择是否设定关断定位（见图5）。
↑图4. 止回阀能确保流体仅能单向流通。止回阀可以配置固定的或可调的开裂压力。
↑图5. 有一些球阀和隔膜阀采用了多路设计。
过压保护阀
此种类型的阀门可以防止系统压力超过某个预设的值。这种阀门可以分为两大类：泄放阀和爆破碟。
有一种泄放阀被称为比例泄放阀（见图6）。它的阀体上有一个通向外界的排放口。当系统内压力超过操作人员预设的某个值时，排放口便被开启。流体的定量释放依靠的是弹簧负载的尾座。当系统压力恢复到预设的水平时，排放口便会关闭。
安全泄放阀可以迅速地开启并释放出大量系统介质。由于担负着至关重要的安全保护功能，法令规定在有些应用场合必须安装这种阀门。安全泄放阀、比例泄放阀以及止回阀之间不可以相互替代，因为它们的功能不同。
爆破碟主要被用于防止采样缸出现过压状况。在输送过程中如果温度上升就可能引起过压。与泄放阀类似，爆破碟和外界相通。当压力达到操作人员预设的某个特定值时，金属隔膜会破裂。一旦激活了这个动作，爆破碟就必须更换。与物料传输相关的一些法令规定，压缩气缸必须装备泄压阀。爆破碟在这类应用领域中是比较经济的选择。
↑ 图6. 比例溢流阀是一种过压保护阀。当系统内压力超出了操作人员预设的某个特定值，该阀门上通往外界的排放通道即被开启。
流量限制阀（溢流阀）
当下游管线发生爆裂，流量限制阀可以防止系统介质在失控状态下被释放。正常情况下，弹簧将一个提升板固定在开启状态，一旦下游出现过流，提升板就会移动到扣紧状态并阻断几乎全部的流体。系统的故障得到排除后，阀门再次恢复到开启状态。此类阀门可以设置固定的激活值。
总结
如果选择的阀门与应用场合相互匹配，您在阀门选择的流程中就有了一个良好的开端。当然，还有许多的细节问题。您需要细致地考虑到以下各个环节：
安装事宜，维护程序和可行性；
安全规定和法令法规；
系统参数，例如压力、温度、流速和系统介质。
最后，您还需要决定：
阀门规格和执行器模式；
构件材质（包括O型环和密封件），它们必须和系统介质的化学成分、压力以及温度相匹配。
制造商可以在这个阶段中为您提供指导。产品说明书和检测报告也可以使阀门的选择得到优化。