阀门技术基础知识-阀门工程师考试教材

1、绪 论目前，国内外阀门市场竞争很激烈，尤其是国内市场，国营企业与乡镇企业和民营个体企业之间的竞争，加之其购买力的相对减弱，使一些阀门企业面临生存的危机，同时，国外市场的一些机会，也导致国内企业为了生存去努力开拓。借美国对中东伊拉克、伊朗制裁的机会和出口形势的看好，我国质量较高、价格较廉的阀门产品，很容易打入中东市场、出口到发达国家。因此，所有的阀门企业，应抓住机会，针对国内外阀门市场的需求，拓展市场，增加出口，以求发展。一、国内外阀门市场特征 从整个阀门市场来看，主要有两个：1、国内市场，国内市场又分新建、扩建工程项目市场，老装置维修、改造项目市场。 从这两块市场来看，普通阀门产品换代大于供求

2、，其次，企业之间竟相压抑，无序竞争，假冒伪劣，市场很不规范，导致某些阀门生产企业在激烈的竞争中，连年大幅度亏损。从这两块市场的需求来看，随着市场经济的发展和完善，特别是进入世界贸易组织（WTO），其市场变化越来越大，企业受市场的影响越来越深，用户对市场产品的需求越来越高，对产品开发、生产周期的需求越来越短。 2、国外市场。国外市场近几年十分活跃，竞争相当激烈。东亚和东南亚的阀门进出口增长迅速，北美的欧共体等发达国家间的市场贸易持续发展，德国、意大利、日本、中国等国家和地区的出口扩大，美国、英国、法国等国家进口的高速增长，形成了国际阀门市场繁荣的支撑点，再者，由于世界经济进一步国际化，跨国公司将

3、不断推动国际阀门市场的发展，国际贸易地区化势必成为另一大特点。 二、国内市场我国阀门生产厂家约2300多个，能提供的阀门产品有几大类，3500多个品种，40000多个规格。（1）城市建筑用阀门：城建系统一般采用低压阀门，目前正向环保型和节能型方向发展。环保型的胶板阀、平衡阀及中线蝶阀、金属密封蝶阀正在逐渐取代低压铁制闸阀。国内城市建筑需用阀门多为平衡阀、软密封闸阀、蝶阀等。（2）城市供热用阀门：城市代热系统中，需用大量的金属密封蝶阀、水平平衡阀及直埋式球阀、因这类阀解决管道纵向、横向水力失调问题，达到节能、代热平衡的目的。（3）环保用阀门：国内环保系统中，给水系统主要需用中线蝶阀、软密封闸阀、

4、球阀、排气阀（用于排除管道中的空气）。污水处理系统主要需用软密封闸阀、蝶阀。（4）城市燃气用阀门：城市燃气占整个天燃气市场的22%，阀门用量大，其类型也多。主要需要球阀、旋塞阀、减压阀、安全阀。（5）长输管线用阀门：长输管线主要为原油、成品油及天燃管线。这类管线需用量居多的阀门是锻钢三体式全通径球阀、抗硫平板闸阀，安全阀，止回阀。（6）石化装置用阀门：a、炼油装置，炼油装置需用的阀门大多是管道阀门，主要为闸阀、截止阀、止回阀、安全阀、球阀、蝶阀、疏水阀、其中，闸阀需量占阀门总数的80%左右，（阀门占炼油装置总投资的3%5%）。b、化纤装置，化纤产品主要有涤纶、晴纶、维纶三大类。其需要的阀门有球

5、阀、夹套阀（夹套球阀、夹套闸阀、夹套截止阀）。c、丙烯晴装置，该装置一般需用API标准生产的阀门，主要为闸阀、截止阀、止回阀、球阀、疏水阀、针型阀、旋塞阀、其中闸阀占阀门总量的75%左右。d、合成氨装置，由于合成氨原和净化方法不同，其工艺流程不同，所需阀门的技术性能也不同。目前，国内合成氨装置主要需用闸阀、截止阀、止回阀、疏水阀、蝶阀、球阀、隔膜阀、调节阀、针型阀、安全阀、高温低温阀。其中，截止阀占装置用阀总数据的53.4%,闸阀占25.1%，疏水阀占7.7%,安全阀占2.4%，调节阀和高温低温阀及其它占11.4%。e、乙烯装置，乙烯装置是石油化工的龙头装置,其需用阀门种类繁多。闸阀、截止阀、

6、止回阀、升降杆式球阀占大多数，其中闸阀需居首。“十五”规划，全国还需建年产66万吨的乙烯装置6套，其阀门需求量可观。另外，大型乙烯和高压聚乙烯装置还需用超高温，越低温及超高压阀门系列产品。f、空分装置，“空分”即空气分离，该装置主要需用截止阀、安全阀、止回阀、调节阀、球阀、蝶阀、低温阀。g、聚丙烯装置，聚丙烯是以丙烯为原料，经聚合而成的高分子化合物，该装置主要需用闸阀、截止阀、止回阀、针型阀、球阀、疏水阀。 （7）电站用阀门：我国电站的建设正向大型化方向发展，所以需用大口径及高压的安全阀、减压阀、截止阀、闸阀、蝶阀、紧急切断阀及流量控制阀、球面密封仪表截止阀，（根据国家“十五”规划，除内蒙、贵

7、州两省还可建20万千瓦以上机组外，其它省市则只能建30万千瓦以上的机组）。 （8）冶金用阀门：冶金行业中氧化铝为主，需要用耐磨料浆阀（在流式截止阀）、调节疏水阀。炼钢行业主要需用金属密封球阀、蝶阀及氧化球阀、截止阀和四通换向阀。（9）海洋平台用阀门：随着海上油田开采的发展，其海洋平台需用阀门的量也逐渐增多。海洋平台需用关断球阀、止回阀、多路阀。 （10）食品医药用阀门：该行业主要需用不锈钢球阀、无毒全塑球阀及蝶阀。 3、国外市场随着进入WTO，我国阀门市场正面临国外阀门厂商的竞争，从国外进口的阀门数额将有较大的增长，同时，中国的中、低档阀门产品，出口会有更大的空间。 （1） 发达国家将从我国购

8、买阀门进入发展中国家：发达国家需从我国购买的阀门，主要为API闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀等。（2） 中东、伊拉克等国，油田、管线被毁从我国进口石油系统及管线用阀：中东、伊拉克等国需从我国进口的石油系统用阀主要为闸阀、截止阀、止回阀、长输管线主要为平板阀和球阀。（3） 常规的进出口公司需购买一般的通用阀门：这类通用阀门以闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀居多。三、国内应开发的阀门新产品阀门产品的开发要围绕国家经济建设的重点来发展。我国“十五”经济建设的重点是能源、农业、环保工业和城建，也就是说，阀门产品的未来市场主要在电力、石化、化肥、环保和城建等行业。而这些行业，待开发或正试制但还需提高质

9、量的阀门产品主要为：1、高温、高压、锻造的先导式闸阀2、锻钢高压大口径截止阀3、锻钢高压大口径止回阀4、金属密封、油密封AVDCO阀5、全焊接全通径管线球阀6、升降杆式球阀7、大口径紧急切断蝶阀8、全焊接直埋式球阀9、高性能蝶阀（ANS1 B16.104 6级,寿命达50万次以上）10、先导式安全阀11、API 6A平板闸阀12、API 6A CHOKT2S阀13、控制阀（调节阀）14、调节疏水阀15、成品油用撑开式软密封旋塞阀16、深海油田用（3000m以下海底）闸阀、球阀17、高压大口径上装式球阀18、氧化铝高压熔出用料浆阀19、天燃气调节装置此外，阀门试验装置也有待进一步提高。第一章 阀

10、门术语及单位换算1、公称尺寸（DN）是指管道系统中为所有附件所通用的用数字表示的尺寸，是供参考用的一个方便的圆整的数字，与加工尺寸数值上不完全相等。2、公称压力（PN）是指常温下人为规定的经过圆整的，供设计制造结构时的压力参数。公制MPa（kgf/cm2）、bar（巴），英制CLass（磅级）、psi、K。3、全通径阀门是指在全开状态下，无阻挡，启闭件有一规定的内径。4、缩径阀门是指密封处的通径小于公称通径的阀门。此类阀门压力波动大。5、单向阀门是指仅一个方向流动的阀门。双向就是阀门两个方向都可以流动的阀门。6、通管阀门是指无阻并整个通道均为连续圆柱贯通的阀门。7、法兰连接或法兰接头是指由法兰

11、、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接。管法兰系指管道装置中配管用的法兰，用在设备上系指设备的进出口法兰。8、结构长度直通式阀门结构长度：在阀门通道终端垂直于阀门轴线平面之间的距离。角式阀门结构长度：在阀体通道某一终端垂直于阀体另一终端轴线之间的距离。9、填料函是指填装在壳体与阀杆的填料，实现动密封的装置。10、锁紧装置是指把阀门固定在开启或关闭位置的零件或部件。11、最大压差是指工作压力与工作被压的最大差值。12、密封件、关闭件是指设置在通道上允许或阻止介质流动的部件。13、位置指示器是指显示阀门处在开启或关闭位置的装置。14、动力驱动装置是指用螺栓或其他方法去连接阀门上用来

12、启闭阀门的动力。15、承压件是指设计能承受的元件。16、控压件是指控制或阻止介质流动的元件。17、阀门的流量系数是衡量阀门流通能力的指标，流量系数值越大，说明流体流过阀门时的压力损失就越小。流量系数表示流体流经阀门产生单位压力损失的流体的流量。流量系数：Kv（m2） 体积流量：qv（m3/h） 18、密封比压指作用于单位密封面上的平均正压力，实际上指密封面理论计算比压。密封必须比压指保证阀门密封所需比压。密封许用比压指阀门密封材料允许的最大比压。 qMFqq19、最小壁厚：对铸钢阀体应考虑最小允许工艺壁厚，对于砂模铸造通常工艺壁厚不小于5.5mm，精密铸造的工艺壁厚不小于4.5mm，如最小壁厚

13、小于上述值应选最小允许的工艺壁厚。对于复杂的阀体，如直流式“Y”型阀体或安装使用中存在应力集中的阀体，应将最小壁厚值适当增加。经验公式tmin=tmin+C tmin=Pd/120Ktmin最小壁厚 P设计压力 d内腔直径K外加压力、外加力的修正系数当P=0.051.6时 K=2 P=22.5时 K=1.7 P=45时 K=1.2 P=6.516时 K=1.1 P=2028时 K=1 P=3242时 K=0.9 P=5063时 K=0.8C附加余量tminCtminC5521302610430111203-20、摄氏度和华氏度转换公式1=（xF-32）5/921、单位换算CLass1502.0

14、MPa10KCLass150025.0MPa100KCLass3005.0MPa20KCLass250042.0MPa160KCLass60011.0MPa40KCLass350056.0MPa200KCLass90015.0MPa63KCLass450076.5MPa260K1Mpa=142.2Lbf/in2（psi）1MPa=10bar1Lbf/in26.895KPa1000psi7MPa6.895MPa1标准大气压=1.01105Pa=0.101MPa1工程大气压=9.80665104Pa=0.MPa1Pa=1N/m21MPa=1N/mm21in=25.4mm=1/12ft1ft=0.3

15、048m=12in1oz=1/16lb=0.kg1lb=0.kg=16oz第二章 相关技术术语英汉对译1.阀门种类术语Angle Stop Valves角式截止阀Angle Throttle Valves角式节流阀Angle Pattern(Type) Globe Valves角式截止阀Butterfly Type Non-slam Check蝶式缓冲止回阀Butterfly Valves with Gear Actuator蜗轮传动蝶阀Cock二通CQ Thread Ball ValvesCQ螺纹球阀Diaphragm Valves隔膜阀Double Disc Flat Gate Valve

16、s双闸板平板闸阀Double Disk Parallel Gate Valves明杆平行式双闸板闸板Double Opening Exhaust Valves双口排气球Electric Actuated Stop Valves电动截止阀Electric Actuated Wedge Gate Valves电动楔式闸阀Electric Double Disk Parallel Gate Valves电动平行式双闸板闸板Emergeny Cut-off Valves紧急切断阀Free Float Type Steam Trap浮球式疏水阀Flange Ball Valves法兰球阀Flange G

17、ate Valves法兰闸阀Flange Globe Valves法兰截止阀Gauge Valves仪表阀Hard Seal Butterfly Valves金属密封蝶阀High Temperature Pressure Power Station Gate Valves高温高压电站闸阀High Temperature Pressure Power Station Globe Valves高温高压电站截止阀Lift Check Valves升降式止回阀Lining Ball Valves衬里球阀Lining Butterfly Valves衬里蝶阀Lining Check Valves衬里止回

18、阀Lining Cock衬里二通Lining Globe Valves衬里截止阀Lining T-Cock Valves衬里三通旋塞阀Liquid Indicator液位计LPG Pipe Fitting液化气管件Magnetic Co-operate Globe Valves磁耦合截止阀Magnetism Forle Pumps磁力泵Manual Oil Pumps Valves手摇油泵(阀)Meter Needle Type Globe Valves仪表针形截止阀Oblique Stop Valves直流式截止阀Parallesl Slide Valves浆液阀Piping Centrif

19、ugal Pumps管道离心泵Piping Pumps管道泵Piping Safety Valves管道安全阀Plunger Globe Valves柱塞截止阀Quick Draining Valves快速排污阀Restrictor Valves过流阀(或节流阀)Safety Valves安全阀Screw Pumps螺杆泵Scum Gate Valves排渣闸阀Single Disc Flat Gate Valves单闸板平板闸阀Single Opening Exhaust Valves单口排气阀Slurry Pumps泥浆泵Stop Valves截止阀Strainer过滤器Submerged

20、 Motor Pumps潜水电泵(排污泵)Swing Check Valves旋启式止回阀Tank Lorry Ball Valves槽车球阀T-Cock三通Thin Gate Valves薄型闸阀Throttle Valves节流阀Tiny Drag Slow Shut Check Valves微阻缓闭止回阀Under Water Pumps液下泵Vacuum Pumps水力喷射器(真空泵)Vertical Lift Check Valves立式止回阀Wafer Check Valves对夹式止回阀Wafer Type Butterfly Valves with Rubber Itning对

21、夹式衬胶蝶阀Waste Valves排污箱(阀)Water Seal Gate Valves水封闸阀Wedge Gate Valves楔式闸阀Y Type and Cylinder FiltersY型筒型过滤器2.零部件术语Axes Guide轴套Ball球、球芯Ball seat密封圈Blowdown Sealing Face启、阀件密封面Body阀体Bonnet阀盖Disc阀瓣Nut螺母Screw螺栓Sealing密封件Spring弹簧Stem阀杆Stem Nut阀杆螺母Stem seal填料Wedge Disc闸板3.性能术语Applicable media适用介质Applicable

22、temprture适用温度Butt Clamp对夹Chemical analysis化学成份Connecting format连接形式Double disc双闸板Flexible disc弹性闸板Flange法兰Hoop卡箍Inside thread内螺纹Material chemical analysis and mechanical capacity材料化学成份和机械性能materials材料Materials for main parts主要零件材料Mechanical capacity机械性能Max. Discharging Capacity最大排水量Max. Operating Te

23、mperature最高工作温度Max. Allowable Temperature最高允许温度Max. Allowable Pressure最高允许压力Model型号Name of parts零件名称Nominal Pressure公称压力Outside thread外螺纹Oxidant氧化性介质Parallet平行Reductant还原性介质Rising stem明杆Seat testing pressure压力气密封试验压力Socket卡套Specifications性能规范Single disc单闸板Solid刚性Strengh testing pressure强度试验压力Steam ,

24、 condensate蒸汽,凝结水Water,oil,steam水,温度,气Wedge楔式Welding焊接4.材料术语Buna-N rubber丁腈橡胶Casting aluminium brass铸铝黄铜Casting aluminium bronze铸铝青铜CHR rubber氯腈橡胶Chrominm-molybdenum-vanadium steel铬钼钒钢Chromium stainless steel铬不锈钢Chromium-molybdenum steel铬钼钢Corrugation pad波形垫Cuprum alloy铜合金Ductile Cast iron球墨铸铁Expand

25、ed graphite柔性石墨Fine Steel Casting iron优质碳素钢Fluorous rubber氟橡胶Gray Cast iron灰铸铁Haynes alloy钴铬钨合金High tem perature steel高温钢Low tem perature steel低温钢Nylon尼龙塑料Polytetrafluoroethylene聚四氟乙烯Pure aluminum纯铝Pure cupper纯铜Rubbeer graphite board橡胶石墨板Spring steel弹簧钢Stainless acid-resisting steel不锈耐酸钢Stainless an

26、d Graphite不锈钢/石墨Stainless steel不锈钢Steel Casting iron碳素钢铸件Shell Test Pressure壳体试验压力Service Fluid工作介质第三章 阀门密封副的密封机理与影响密封因素分析阀门的密封性能是衡量阀门质量的最重要的指标，也是决定阀门寿命的主要因素。因此，阀门密封副的密封是阀门的关键。任何类型的阀门，不论其工作原理，结构形式，使用场合如何不同，都存在着密封的问题，因而它是研究阀门的共性问题。阀门的端法兰与管道之间的连接，中法兰与阀盖之间的连接以及填料函与阀杆之间也都存在着密封的问题，前两者属于静密封，后者属于动密封，通常，这些部

27、位的泄漏，介质将溢出的系统之外，称外泄漏。本文将不讨论这方面的问题，但有关的密封机理，基本上是相同的。阀门密封副的密封，其性质按古列维奇的说法，属于定期密封或经常密封的动密封结构，密封副间介质的泄漏通常不会溢出系统故称内泄漏（但如某些安全阀、疏水阀等也有可能溢到系统外）。本文我们将讨论密封副的密封，主要内容包括密封的机理，影响密封性能的因素，并探讨提高密封性能的途径。1、 与密封有关的一些物理现象（1）浸润（润湿）液体内部分子间存在着相互的吸引力，它是由于液体分子的极性而产生的，液体表面（通常是与气体相接触）的分子，由于内部分子的引力作用，其合力的方向是垂直于液体表面而指向液体内部，这个力称液

28、体的内聚力。不同的液体其内聚力的大小不同，但任何液体都是存在着内聚力的。由于内聚力的作用，液体都是存在着力图缩小其表面积的趋势，使液体表面上只存在着构成表面所绝对必须的质点而没有任何多余的质点留在表面上，所以当液体自由存在时，呈球形，因为同样的体积球形具有最小的表面积。当液体与固体接触时，液体表面的分子与相接触的固体表面的分子间也存在着相互吸引的作用，这个引力称附着力。当固液表面间的附着力，大于液体内部的内聚力时，固体表面将被液体所润湿，这种现象称浸润。这时在固体表面上将形成附着于其上的液体边界层（边界层内的液体分子常具有极性且按一定方式定向排列），当液体与固体表面间有相对运动时，边界层具有与

29、固体表面相同的运动速度。若固液表面间的附着力小于液体的内聚力时，称不浸润。这时固体表面不被液体所润湿，当固液分离时，不会有液体残存附着于固体表面上。如水银与玻璃。能够被相接触的液体所浸润的表面称亲水性表面，不能被浸润的固体表面称增水性表面。液体内聚力的大小与液体的种类有关，如水银具有较大的内聚力而煤油则内聚力较小，内聚力的大小还与温度有关，通常随温度升高，液体分子运动加剧而内聚力减小。此外当液体内溶解了其它溶质也将引起内聚力的变化。固体表面能否被浸润与固体材料的种类，固体的表面状况（如表面光洁度或粗糙，表面是否有物质附着等）有关，也与相接触的液体种类及温度等有关。液体的内聚力与液固表面间的附着

30、力引起一列的物理现象。从静力学角度上如浸润表面张力毛细现象在小截面玻璃仪表中的凸或凹月形面等，从运动学角度上则如液体的粘度，内摩擦，液体在管道中流速的分布以及由于边界层的存在而引起的在导热等方面的影响。（2）表面张力如前所述，由于内聚力的作用，液体表面总是有收缩呈球形的趋势，但在实际上，液体不可能自由存在，它的表面总是要与固体，气体或其它液体相接触，而且它还受到重力的作用，所以是准确的球面存在的液体表面，是不易见到的。由于液体不能保持固定的形状，当它与固体相接触时接触面形状由固体表面来决定，接触面间分子的相互作用与我们研究密封有关的主要是浸润与否。液体与气体的接触面上存在着气体分子与液体表面分

31、子的相互作用但由于气体分子密度小，因而相互吸引力的影响也较小，这时液面的形状还受其周边相接触固体表面的影响和重力作用的影响，因而通常为曲面。由于内聚力是在曲面的法线方向指向液体内部，因而在呈曲面的液体表面上（注意只有当表面为曲面时）就出现表面张力，液体表面就好像是绷紧的膜。表面张力是沿曲面的切线方向的力，但却无法具体指出其方向，只有当具体确定液体表面上某一线才能确定其上表面张力的方向是垂直于该线而沿曲面的切线方向，不论在液体表面上的线如何选取，表面强力总是在其垂直方向上而且相等相反地同时存在，其合力方向正是指向内部的法线方向，因此表面张力是从单位长度上的力来度量的Pa称表面张力系数，20水 =

32、 7.27510 -2 N / m，汞 = 0.465 N / m。酒精 = 2.210 -2 N / m。表面张力是由液体分子内聚力产生的，因而它的大小也和内聚力一样是与液体种类、温度、溶解的溶质状况等因素有关。例如杭州虎跑泉水表面可以承受硬币漂浮，或者已经和杯口水平的可放入不少硬币，使水面明显地的肉眼可见地隆起而不溢出，这就是由于虎跑泉水溶解了某些矿物质的原因，而使它表面张力较一般水大。内聚力越大的液体，表面也就越大。（3）粘性当液体运动时，其内部液层间的内摩擦力，阻止它们间发生相对运动，这一性质即为粘性。所谓液层是人为的，即在流体内沿其运动方向任意分取液层，在接触面上都有内摩擦力存在。粘

33、性只是在流体运动时才能表现出来。内摩擦力的产生是由于（a）液体内部分子间的引力即内聚力的作用，即在所取液层界面上分子间的引力作用。（b）液层间的质点交换，即由于液体在流动时，其内部分子存在着不同于宏观流动方向的分子运动，靠边沿的慢速层中分子与靠中心的快速层的分子会产生交换，而造成所谓动量交换，在宏观上使快速层运动速度降低，起阻力作用，使慢速层加速，起拖力作用，即内摩擦现象。不仅液体而且气体也存在着粘性。由于液体分子的不规则运动比较微弱，所以对它的粘性起主要作用的是分子间的引力。而气体分子运动活跃，但分子密度小间距大，分子间引力小，故对粘性起主要作用的是分子运动造成的动量交换。通常随着温度升高，

34、液体粘性下降而气体粘性增加，这是由于温度升高，使液体分子间距离增加从而使对其粘性起主要作用的分子引力（即内聚力）减小，虽然由于温升使分子运动加剧，但动量交换对液体粘性所起的作用甚微。而对气体由于温升造成分子交换频繁而使其粘性增大。压力对液体的粘性影响很小，当压力升高时液体性将略有升高，通常只是在压力很高时（200大气压）才考虑其影响。应指出液体的运动粘度远大于气体，但二者运动粘度的比较接近，这是由于二者密度相差很大的缘故（V = M / ）。流体层间的内摩擦由于其产生的机理与固体间摩擦不同因而它们的性质也完全不同，不能将关于固体内摩擦的规律应用于流体。流体间内摩擦，按牛顿内摩擦定律，具有如下特

35、性。（a）与流体内速度梯度成正比；（b）与流体层的接触面积成正比；（c）与接触面上压力无关。度量流体粘性的参数称粘度或粘性系数。动力粘度，流体层间单位面积上的内摩擦力（即切应力）速度梯度按绝对单位制（物理单位）的单位是泊（达因秒/厘米2）或厘泊（1/100泊）按工程单位制，的单位是kgfsec/m2按国际单位制，的单位是帕秒（牛顿秒/米2）运动粘度V V = / 密度按绝对单位制V的单位是斯（cm2/Sec）按国际单位制或工程单位制，V的单位是M2 / Sec。20水 =1.005X10-3牛顿/米2 V = 1.007X10-6米2/秒20空气 =1.52X10-5牛顿/米2 V = 1.5

36、12X10-5米2/秒（4）毛细现象毛细现象和浸润现象有密切关系，将细管插入液体中，在管内外将产生高度差，如果液体能浸润管壁则管内液面将高于管外，这时液面为凹面，反之则管内液面将低于管外，这时液面为凸面。（下图）以浸润情况为例（如水与玻璃管）：由于附着力大于内聚力使接触角90，故液体表面呈凹面。接触角指在液体与固体相触的表面边缘，液体表面的切面与固体表面的夹角。凹面使表面张力的合力为方向上的力，从而使管内液面上升至升高部分液柱重量等于表面张力的合力。 同理也可以解释凸面的情况，这时接触角90。毛细现象在日常生活中常见到，如毛巾的一端浸入水中，则其上部也会逐渐润湿，吸墨纸的吸水作用，土壤内部水份

37、的蒸发等。（5）吸附现象正如固体表面与液体表面间存在着附着力所表明的，固体表面分子具有一定的表面能，当它与气体相接触时，它能将部分气体分子吸引到固体表面上来，以降低其表面能，这种现象称吸附作用。吸附现象可以分物理吸附与化学吸附。物理吸附是由于固体表面分子与被吸附的气体分子间的引力作用而产生的。化学吸附是由于固体表面分子的化学键能所产生的，对于确定的固体它常常只对某些气体分子具有化学吸附作用（取决于分了结构），因而表现为吸附的选择性。物理吸附与化学吸附常常是同时作用的，物理吸附的速度很大，从而易于达到平衡，而化学吸附的速度缓慢，温度升高，气体分子热运动加剧，将使物理吸附能力下降，而会加速化学吸附

38、的速度。因而在常温下主要是物理吸附而高温下化学吸附作用显著。吸附现象广泛应用于工业和日常生活，如化学反应的固体催化剂，大多靠吸附活化起催化作用，防毒面具中吸附剂选择性吸附着有害气体等。2、 阀门密封副的密封机理阀门的密封副大多为金属（也有少数用橡胶，塑料等非金属的情况，大多是用于低压）。通常密封是靠密封副的接触面压紧来阻止介质通过。（1）理论上，只要两个密封面贴紧，就可以阻止介质通过，达到密封的目的，实际上，无论什么加工方法，都不能得到真正的理想平面，因而在实际密封表面上，总是存在着微观的凹凸水平的“峰”和“谷”，提高表面光洁度只能减少而不可能完全消除微观不平度。同样任何加工方法也无法保证获得

39、完全没有误差的理想尺寸和形状的密封面，而且在实际工作中受力作用密封副还会产生弹性变形，因而实际上两个密封面不可能达到理想的吻合。因此，当两个密封面压紧时，实际上不是整个密封面完全接触，而只是其上凸起的部分相接触，所以在相接触的密封面间实际上存在着间隙，沟槽和毛细通道。（2）在密封面上施加压紧力，其作用是使相接触的部分产生弹性或局部塑性变形，从而使实际接触面积扩大，间隙减小，但是不可能达到理想的完全接触，因此无论加多大的压紧力，密封面间总还是存在着程度不同的狭小间隙和通道的。下图是密封面相接触的情况示意图。图a加压紧力前，图b是加压紧力后。（3）如上所述，从直观上看似乎又有当密封面间的间隙或通道

40、的尺寸小于介质的分子直径的条件，才能阻止介质通过达到密封。但实际的事实是，在间隙尺寸远大于介质分子直径的情况下即可以实现密封，解释这一现象就必须对介质在密封面间的一系列物理作用进行分析，正是由于介质在密封面间隙中通过受到一系列物理作用的综合影响和制约，才使密封得以实现。（4）对实际密封面在工作时的状况，可以作如下描述首先，由于间隙的存在，密封不可能在密封面的内沿实现，即介质并不是在密封面与被密封介质的边缘处即被密封的。必然会有介质沿着密封面间的间隙沟槽而进入密封面之间。当然，既然达到了密封，那么介质也不会从密封面外沿泄漏出来。实验很容易观察到在达到了密封的密封面间是有介质存在的。密封面的间隙尺

41、寸，小于介质分子的无疑也是可以阻止其通过的，有些沟槽或通道其尺寸虽然大于介质分子直径，但若在中途被截断的即不能由密封面内沿通到外缘的则介质得以进入密封面，但却无法到外缘。对于那些截面尺寸大于分子直径而又从密封面内沿达到外缘的通道，它的密封机理比较复杂，也是我们主要探讨的对象。这些沟槽，通道细小，曲折，截面尺寸也是变化的，流体从中通过将产生很大的阻力降，这是由于流动方向的不断变化，截面大小的不断变化以及介质由阀体通道进入密封面间隙这种截面的剧烈收缩造成介质剧烈搅动涡流所形成的节流效应使流体产生阻力损失，压力下降。密封面内外的压差是产生泄漏的基本原因，节流引起流体的压降将减小压差。流体在毛细通道中

42、由于附着力的作用（大多数介质对金属都是浸润的）或吸附作用以及由于毛细通道表面粗糙所引起的对流体的阻滞作用将在通道表面形成附着于其上的静止的流体边界层，也有认为由于流体分子在流经间隙时产生极化而被吸附于通道表面，其厚度取决于通道表面状况及附着力的大小，粘性边界层的存在使之细通道的截面更为狭小，从而阻碍介质的通过，当间隙或通道某个位置处截面足够狭小时，边界层有可能完全阻塞通道形成密封，这种现象称通道的闭合或闭塞、堵塞、阻塞。因此我们在试验中可以看到密封面最初有泄漏，而后逐渐减小，最后自动停止，就是由于闭合的逐渐形成所致。液体对密封面的浸润，一方面有利于边界层的形成，但这时毛细现象（或称毛细管作用）

43、将使通道内液体层上延伸易于引起泄漏，即毛细作用将产生附加的压差，反之对于内聚力大，表面张力大，不浸润的液体则这时毛细作用将有利于密封，但不易形成边界层，因而不易造成闭塞。流体通过密封面间隙时的节流效应所产生的能量损失，将转化成热量引起局部的温升从而使液体粘度下降，密封面膨胀通道扩展，而不利于密封，但是应当指出当达到完全密封时，并不存在密封面间隙内的介质流动。下面我们还将进一步讨论影响密封的因素。由上述我们知道在达到密封时，介质将进入到密封面之间，但不会从密封面边缘泄漏，在设计计算中取密封面的平均直径作为介质终止的界限。3、 影响密封的因素分析由于密封涉及到很多微观的物理现象，对其中一些影响因素

44、至今还没有进行充分的研究和认识，只能做一些定性的分析，还不能由理论推导出定量的计算方法。尽管如此，对影响密封因素的讨论仍然是十分重要的，因为它能为我们提供进一步改进密封结构、提高密封性的方向和途径。（1）密封面的表面状况密封面的加工精度和表面光洁度越高，则密封面间的间隙就越小从而有利于密封特别是密封比压较低的情况加工精度和光洁度的影响十分显著。而当密封比压较高时，由于密封面在压力作用下其表面上的微观不平度仍很大程度上可以被压平，因而对表面光洁度不敏感。应当指出表面光洁度高低虽然将影响间隙通道截面的大小，但与毛细通道表面粗糙情况没有直接关系。由此我们可以讨论：密封面的加工方法特别是研磨方法，例如

45、平面密封，当研磨刀具与密封面的相对运动为直线时，将在表面上形成大量由内沿通道达外缘的沟槽，而若相对做旋转运动时，则形成密闭的环形沟槽，所以既使表面光洁度（它只是由峰、谷的高度来判定）相同，也会有不同的密封效果。我们还可以讨论，对于具有较宽密封面的情况，采用迷宫式结构，将有助于增大节流效应，同时由于接触表面减小而提高密封比压，使密封性能提高，下图为示意情况，即在一个密封面上加工若干环形槽。特别是对于高压密封，单纯依靠提高密封比压，减小密封面积不一定是好办法，而且提高密封比压为保证密封面的抗挤压能力又要相应地选取高强度高硬度材料，而硬度越高，其表面的微观峰谷就越不易被压平，所以密封比压升高对密封效

46、果的影响也比较小，于是又要相应地提高表面光洁度，给加工带来困难。采用具有迷宫式的密封面结构，使介质首先通过施加比压较小的迷宫部分而减压，在靠近密封面的外缘处施以较大的密封比压（双密封结构）而达到完全密封，这时实际所密封的压力由于迷宫部分的减压而变得较小了，从而易于达到密封。改进阀瓣的结构使通过阀杆施加的密封力主要作用于密封面外沿起类似双密封的效果。（2）密封面材料密封面材料除一般的强度耐腐蚀等要求外，对密封性能影响最大的是它的硬度，对密封面的硬度要求主要是具有承受相应密封比压防止发生塑性变形（宏观）和被压溃，硬度还与密封面的耐冲蚀能力有关。应当指出密封面的硬度除与材料有关外，还与机加工方法有关

47、，表面加工造成的冷作硬化将使局部硬度发生变化，因而不同的加工方法甚至不同的切削加工用量也会使同样光洁度的同种材料具有不同的密封性能。密封面材料的亲水性能，吸附性能将对密封产生影响，通常金属对各种液体介质都具有良好的亲水性。由于毛细管作用将对密封产生不利的影响而易于泄漏。因此在密封面上油膜的存在将对密封性能产生有利的影响，这是因为油本身极易与金属密封面浸润而在毛细通道内形成边界层阻塞通道，同时油膜的存在破坏了密封面对工作介质的亲水性从而使本来能浸润密封面的介质变得不能浸润，这时毛细作用就将变得有利于密封了，因此在某些场合的阀门采用在密封面间注油或加入润滑脂的方法来提高密封性就是这个道理，润滑脂由

48、于具有较大的粘度而更容易造成毛细通道的闭合。从油膜对密封性能的影响，我们可以讨论密封面材料可以采用类似含油轴承的材料，含油轴承是用耐磨金属材料通过粉末冶金成型的，它可以在其内部的微孔中吸收润滑油，在实际工作中由于转轴的压力和旋转磨擦产生热量而使内含的润滑油到达表面起润滑作用，试想在某些闸阀或截止阀的密封副（包括阀座密封圈）采用类似的材料，当阀门关闭时（特别是闸阀由于密封面的摩擦和压紧力在密封面间将有润滑油膜存在一方面使摩擦减少，同时提高密封性，而一旦开启后，润滑油仍渗入密封面内部而不易随介质流动而散失）。（3）密封面宽度密封面宽度增加将使介质由内沿泄漏到外缘所经过的路径增加，流阻增加。应当指出

49、毛细通道的长度并不等于密封面宽度因为毛细通道是曲折变化的，其实际长度将远大于密封面宽度。宽度增加只是从统计意义上毛细通道的平均长度增加，同时通道曲折，截面变化的程度从机率上来说也肯定增加，这就是使闭塞形成的可能性增大，所以增加密封面宽度是会有利于密封的。但是密封面宽度增加对于施加同样的密封力则其比压将下降，另外应当指出密封面宽度增加将使加工精度难于保证易于造成密封副不能良好地吻合，使间隙增大。（4）密封面的内外压差实际这个压差就是所要密封的压力。在实际工况中密封面外（即阀后）常常是有压介质，它有从外缘进入密封面向内沿流动的趋势，从而阻碍被密封的介质向外泄漏，所以影响密封性能的不是闭腔内的介质压

50、力而是内外压差。（5）介质的性质介质的粘性对密封性能影响极大，粘性大的介质由于内摩擦的作用，在毛细通道内流动阻力大，易于形成闭合。气体的粘度远小于液体所以气体介质的密封要比液体困难，但应指出，当介质为饱和蒸汽时，进入密封面的蒸汽可能在间隙或通道内部分凝结成液滴而阻塞通道，所以通常饱和蒸汽更容易密封些。介质对密封面的浸润性能越强，毛细作用将越显著，也就是越不利于密封（浸润将易于形成或边界层而有利于密封但毛细作用是主要的）煤油的对金属具有良好的浸润性能，自身粘度也小，因而煤油的密封要比水困难得多，在实际生产中对一些在重要场合应用的阀门用煤油来进行密封性试验就是这个原因。介质的分子体积是不相同的，这

51、取决于介质的分子量和分子结构如水分子直径为0.003，显然体积大的分子易于被阻塞。（6）工作温度温度升高将使密封副膨胀，毛细管扩展，也可能由于介质密封副变形的不均匀而引起密封面畸变而影响密封副的吻合，间隙增大而不利于密封。所以应用于高温的阀门其阀体、阀座、阀瓣等零件的形状和结构设计应考虑升温时膨胀变形对密封面的影响，否则可能在常温冷模试验时密封良好而应用于高温实际工况时却发生泄漏。温度升高还将影响介质的粘度，如前述温度升高液体粘度下降，气体粘度增加。因而对密封性的影响也是不同的。此外，高温的液体进入密封面后由于阻力降而降至，从而可能在毛细通道内部分汽化而产生微小的气泡附着于通道壁面阻碍液体通过

52、。（7）密封面比压作用于单位密封面上的平均正压力称密封面比压。密封面比压使密封面上相接触的凸峰发生变形而被压平从而增大实际接触面积，减小间隙和毛细通道的尺寸，从而有利于密封。由于密封面材料的选择光洁度的提高都有一定的限制，介质的种类则不能由阀门来确定，因而密封面比压是可以影响阀门密封性能的最重要的外界因素，而且是便于进行调节和控制的因素是设计者用来保证阀门密封性能的主要手段所以密封面比压是阀门设计的基本参数之一。设计中的密封比压是按整个密封面积平均计算的而实际密封面间的接触面积小于密封面积，所以实际接触面上的受力要比计算值大。我们在设计中所涉及到的如许用比压，必须比压等都是计算比压。固然密封而

53、比压是保证密封性的有效性手段，但是不能无限提高比压。因为比压提高意味着整个阀门几乎所有的零件特别是传动件受力增大（如阀杆、阀杆螺母、手轮或驱动装置等）而且比压提高也受到密封面材料的抗压强度的限制，如前述选用硬度大的材料，会使密封比压力增大的效果受到削弱。密封力的增大还会使密封副发生变形而影响密封面的吻合。设计中根据阀门的密封面的宽度，材料表面光洁度及介质种类，介质工作压力等用经验公式或查表来得到密封的必须比压，作为设计计算的基本依据。但是由于影响密封的因素很多，它们的综合作用对密封的影响目前尚不能做准确的定量计算，上述得到的必须比压常常是不准确甚至误差很大。（一般计算值偏大）所以在目前实际设计

54、常常只是作为参考，而更多的凭经验来选取。第四章 闸 阀 闸阀是现代工业所有类型阀门中应用最广泛的一种。椐资料介绍如年处理原油250500万吨的炼油厂，闸阀占整个工艺管道的84%；石化厂乙烯及深加工装置用阀门，闸阀占了80%以上；大化肥合成氨厂，闸阀占全部阀门的70%以上。 闸阀其结构在阀体内类似闸阀一样的板状物与相配的两阀座（或单阀座）之间垂直于流体移动，从而打开或切断流道。用它做启闭使用，并在全开时整个流道直通，此时介质运行的压力损失最小。 通用型闸阀一般适用于不需要经常启闭，而且保持闸板全开或全关闭的工作场合。它不适用于作为调节或节流使用。对于高速流动的介质，闸板在局部开启状态下可以引起阀门的震动，而震动又可损伤闸板的阀座的密封面，而节流会使闸板及密封面遭受介质的冲蚀。 闸阀借助手动、电动、气动或液动来操纵阀门，是驱动阀门的一种。它较其他种类阀门耐高压、高温、低温和密封可靠等优点。一、闸阀的形式和分类从闸阀结构型式上，主要的区别是所采用密封元件的结构型式，而根据密封元件的型式我们常根据闸阀分成几种不同的类型，例如楔式闸阀、平板闸阀、平行双闸板闸阀、楔式双闸板闸阀等。当然还有很多类型，如楔式弹性闸板闸阀、刀型闸阀、暗杆闸阀等，但现在在品种和规格应用最多的是楔式闸阀。1、楔式闸阀