截止閥的概述工作原理特點和密封

啟閉件（閥瓣）由閥桿帶動，沿閥座（密封面） 軸線做直線升降運動的閥門稱為截止閥。

截止閥一般由驅動件（手輪）、閥桿、閥體、閥蓋、閥瓣（關閉件）和填料裝置等主要零件組成。手輪與閥桿相連，并借助閥桿帶動閥瓣，使閥瓣沿閥座軸線方向往復運動，從而使管路接通或切斷。

截止閥應用很廣泛，主要用于壓力較高的及口徑較小的場合，一般只生產到DN400 （NPS16）,更大的口徑規格僅應用于特殊道。例如，大型氧氣管道，由于其他閥類存在摩擦易產生靜電起火，所以采用大口徑不誘鋼截止閥。

盡管尺寸達到NPS48 （DN1200）的截止閥已經生產并投入使用，然而美國石油學會指導性文件API 615《閥門選用指南》對截止閥的選用是這樣描述的： “雖然大口徑和高壓力等級也可能是合適的，但壓力等級為150鎊級的標準截止閥適合的公稱尺寸不超過NPS 12，300磅級時不超過NPS10和600磅級時不超過NPS8。”

截止閥閥桿一般都做旋轉升降運動，手輪固定在閥桿頂端。當順時針方向旋轉手輪時，閥桿螺紋下旋，閥瓣密封面與閥座密封面緊密接觸，截止閥達到關閉狀態；當逆時針方向旋轉手輪時，閥桿螺紋上旋，閥瓣密封面與閥座密封面脫開，截止閥開啟。

（1）優點和不足

①優點

a. 與閘閥比較，截止閥結構較簡單，通常在閥體和閥瓣上只有一個密封面，密封面積小、節省貴重材料、成本低，因而制造工藝性比較好，便于維修。

b. 密封面磨損及擦傷較輕，密封性好。啟閉時閥 瓣與閥體密封面之間無相對滑動（錐形密封面除外），而磨損與擦傷均不嚴重，密封性能好，使用壽命長。

c. 開啟高度小，一般僅為閥座通道直徑的1/4， 結構緊湊，節省安裝空間。

②缺點

a. 結構長度較大。

b. 啟閉力矩大，啟閉費力。關閉時，因為閥瓣運動方向與介質壓力作用方向相反，必須克服介質的作用力，所以啟閉力矩大。

c. 流阻大。閥體內介質通道比較曲折，流動阻力大，動力消耗大，特別是在液壓裝置中，這種壓力損失尤為明顯。在各類截斷閥中截止閥的流阻zui大。

d. 介質流動方向受限制。

介質流經截止閥時，在閥座通道處只能是從下向上或從上向下流動，所以介質只能單方向流動，不能改變流動方向。

e. 在閥門關閉時，密封面間可能會夾住流體介質中的固體顆粒。

f. 安裝不便。

（2）操作特點

截止閥封形式為強制密封，在閥門關閉時必須向閥瓣施加足夠的力，達到密封必須比壓以上，才 能實現密封。由于密封力和介質壓力是在同一軸線 上，當介質由閥瓣下部進人（低進高出）時，由于介質壓力與密封力方向相反，閥門關閉力矩遠遠大于幵 啟力矩，閥桿承受的zui大應力為壓應力，所以必須具有足夠的強度和剛性，否則閥桿會產生撓性變形。正因如此，當截止閥口徑規格大于DN150 （NPS 6）時，為了減小閥門操作力矩從而減小閥桿直徑，通常將介質流向改由閥瓣上部進入（高進低出），此時介質 壓力與密封力方向相同，在介質壓力作用下，閥門更容易實現密封，關閉力矩變小，開啟力矩增大，閥桿承受的zui大應力為拉應力，此時閥桿直徑可相應減小。

截止閥開啟時，閥瓣的開啟高度達到閥門公稱尺 寸的25%?30%時，流量即已達到zui大，即表明閥門已達到全開位置，所以截止閥的全開位置應該按閥瓣的行程來確定。

截止閥關閉時和再次開啟的情況與強制密封閘閥相似，即閥門關閉后，要在密封面上施加足夠操作力以實現密封。因此，閥門的關閉力矩應在操作力矩的基礎上增加到規定值來確定。而閥門再次幵啟時，由于要克服靜摩擦和熱膨脹等因素的影響，閥門開啟力矩通常要比關閉力矩還要大，才能可靠地幵啟閥門， 因此在設計時應予以考慮。

為了減小啟閉閥門中形成的高沖擊壓力，截止閥操作時要緩慢，在某種意義上說，要產生與流量速度相一致的變化率。

截止閥的操作力矩呈現以下特性。①“低進高出時”，閥門由全開位置幵始關閉的階段，操作力所需克服的阻力是閥桿和填料的摩擦阻 力和介質壓力在閥瓣截面上（軸向）造成的推力，隨著閥瓣的下降，流體在閥瓣前后形成壓差，阻止閥瓣下降，而且這個阻力會隨著閥瓣的下降而迅速增大， 隨著閥門*關閉，閥桿施加強制的密封力，閥瓣前后壓差達到介質工作壓力的zui大值，此時閥桿承受zui大關閉力矩。在閥門開啟過程中，介質壓力或閥瓣前后壓差形成的推力與閥門開啟方向相同，但應該指出的是，在開啟瞬間，因為要克服密封面間較大的靜摩擦力矩，此時的開啟操作力矩有可能還會超過關閉力矩。

②“高進低出”時，閥門由全幵位置開始關閉的階段，操作力所需克服阻力仍是上述兩個力，隨著閥瓣的下降，流體在閥瓣前后的壓差直到閥門關閉時都是有利于閥門關閉的。閥門開啟時的情況恰好相反， 由于介質壓力和閥瓣前后壓差所造成的推力都與閥門開啟方向相反，所以閥門開啟過程所需的操作力矩比關閉力矩要大得多。根據截止閥密封副的材料不同，截止閥可使用金 屬密封和非金屬密封。使用金屬密封及非金屬陶瓷密封時，不但需要密封比壓高，而且需要四周均勻，以達到所需的密封性。根據以上要求，密封副的結構設計有很多種，其密封原理及密封力的計算也不盡相同。

（1）平面密封

平面密封的優點是閥瓣在裝配時有一定的晃量， 閥瓣可以自動找正并和閥座密封面吻合，因而對閥瓣的導向要求并不重要；閥瓣是在沒有被旋轉時落在閥座上的，密封副之間就不會產生摩擦，因此對密封面材料抗擦傷的要求也不嚴格。同時，由于管道應力導致閥座的內孔圓度變形時，也不會影響密封性能。缺點是介質中的固體顆粒和沉淀物易損傷密封面，其密封原理是當介質從閥瓣下方流入時，所施加的密封力必須等于或大于密封面上所產生的必需比壓和介質向上的作用力之和。見圖5-1和式（5-1）?式（5-3）。

QMZ^QMF+QVU （5-1）

QMF = 7t（DMN+^M）^MC?MF （5_2）

QMJ （5-3）

式中Qmz——施加于密封面上的總作用力，N;

Qmf——密封面上的密封力，N;

Qmj——密封面上的介質作用力，N;

DMN 密封面內徑，mm;

密封面寬度，mm;

9mf 密封面必需比壓，MPa;

P計算壓力，通常取公稱壓力MPa。 當介質從閥瓣上方流入時，所施加的密封力只需要等于或大于密封面上所產生的必需比壓和介質的作用力之差，即錐面密封是把密封面做成錐形，使接觸面變窄， 這種密封在一定的密封力作用下，其密封比壓大大增力口，更容易實現密封，與平面密封結構相比較，所施加的密封力較小。由于密封面狹窄，關閉時不易使閥瓣正確地壓向閥座面，為了提高密封性能，必須對閥瓣進行導向。閥瓣在閥體中導向時，閥瓣受到流體的 側向推力由閥體承受，而不是由閥桿來承受，這就進 一步增強了密封性能和填料密封的可靠性。錐形閥瓣用于大口徑閥門時，因為管道應力的作用，使閥座孔的圓度產生一定的變形量，不容易實現密封。

另一方面，錐形密封是在兩密封面有摩擦的情況下吻合，所以密封材料必須能耐擦傷。錐面密封和平面密封相比，受固體顆粒和介質沉淀物的損傷相對較小，但也不宜在含有固體顆粒和介質沉淀物的介質中使用。其密封原理是當介質從閥瓣下方流入時，所施 加的密封力必須等于或略大于密封面上所產生的必需比壓和介質向上的作用力之和，見圖5-2和式 （5-5）~式（5-7）0QMZ^QMF+QMJ （5-5）

QMF = f （DMW2-AMN2）（I+^）9MF （5-6）

Qmj =^（DMN~^~bMsina）2 p （5-7）

式中QMZ——施加于密封面上的總作用力，N;

QMF——密封面上的密封力，N;

Qmj——密封面上的介質作用力，N;

Dmw 密封面外徑，mm;

DMN 密封面內徑，mm;

/m——密封面摩擦因數； a~密封面錐半角，（°）;

9mf 密封面必需比壓，MPa;

bM 密封面寬度，mm;

P^計算壓力，通常取公稱壓力，MPa。

當介質從閥瓣上方流入時，所施加的密封力等于或大于密封面上所產生的必需比壓和介質的作用力之差。

為了改善錐形密封的強度而又不致犧牲其密封應力，把密封面錐半角做成15°，這就提供了較寬的密封面，使閥瓣能更容易地與閥座吻合。為了達到較高的密封應力，閥座密封面開始與閥瓣接觸部分較窄， 約3mm,其余留有的錐度部分可稍長些。當密封負 荷增大時，閥瓣滑人閥座的程度加深，因而增加了密封面寬度。這種密封面的設計不像窄密封面那樣容易受沖蝕損壞。此外，由于錐形面較長，使閥門的節流特性得到改善。

（3）球面密封

把閥瓣做成球形（圖5-3），閥座做成錐形。閥瓣的球體在閥桿的孔內能自由轉動。因此閥瓣能在閥座上做一定范圍的轉動而進行調整。由于兩密封面的接觸幾乎成一線，即線密封，故密封應力很高，更容易實現密封。閥瓣球體還可以使用硬質合金或陶瓷材 料，硬度可達到40?60HRC，而且能耐很高的溫度， 因此可以應用于高溫截止閥。缺點是密封面線型接觸容易受沖蝕而損壞，所以閥座應選擇耐沖蝕材料。球面密封的截止閥可適用于介質中帶有微小固體顆粒的氣體或液體。其密封原理是當介質從閥瓣下方流入時，所施加的密封力必須等于或略大于密封面上所產生的必需比壓和介質上的作用力之和。

QMZ^QMF+QMI （5-8）

Qmf = 7tjDmn <?mf （5-9）

Qmj =~^DMN2 P （5-10）

式中Qmz——施加于密封面上的總作用力，N;

Qmf——密封面上的密封力，N;

Qmj——密封面上的介質作用力，N;

DMN 密封面內徑，mm;

<?iMF 密封面必需比壓，MPa;

P~計算壓力，通常取公稱壓力，MPa。 當介質從閥瓣上方流入時，所施加的密封力必須等于或略大于密封面上所產生的必需比壓和介質向下的作用力之差。

來源：上海自動化儀表銷售網（www.40017.net）

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