第八章閥門的部件、連接及密封

普通閥門分閥體與閥蓋、關閉件、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，它要承受介質的壓力，適應一定的溫度范圍，具有一定的耐腐蝕性能，因而它決定著閥門的重量和經(jīng)濟性，在選擇材料時往往重點考慮。普通閥門的閥體、閥蓋，多用金屬材料鑄造或鍛造而成。一般來說，鑄件可以形狀復雜而結構合理，鍛件形狀較簡單,但強度高.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

關閉件，也叫密封件，狹義地說，是指跟隨閥桿動作的閥瓣、閘板之類；廣義地說，包括閥體上的閥座。這里所說的是后者。關閉件是直接影響閥門可靠性的重要部件,體積很小,在結構和材料選擇上,對于經(jīng)濟性的考慮較少，而力求關閉密合嚴實，使用長久。2/22/202318.2.1關閉件的密合形式

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，不容易關嚴。

2）錐面密合，如圖8-2、8-3所示。

這種密合形式，密合性強，關閉牢靠，在高壓和小口徑閥門中廣泛使用；但關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照可知，閘閥是平面密封，關閉件的運動是平移；碟閥和旋啟式止回閥也是平面密封，但關閉件是旋轉的；旋塞件是錐面密封，但錐體（旋塞體）是旋轉的。截止閥采用的密合形式多樣。

2/22/202328.2.2閥瓣與閥座的密封圈結構為了密合可靠，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

軟質材料密封圈結構

1)軟質材料。用螺栓固定于閥瓣。如圖8-7所示。這種結構型式便于維修，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

堆焊結構(一)圖8-14

堆焊結構(二)

堆焊材料一般為不銹鋼、硬質合金。其中圖8-14為堆焊后壓入的復合形式。2/22/202338.2.3密封圈材料密封圈對于閥門工作的可靠性和使用壽命往往起關鍵性作用。選用密封圈,必須注意密合性能好，耐腐蝕，耐摩擦，耐沖刷，與閥門工作的溫度、壓力相適應，便于加工和修理。軟質材料：密合性能好，便于修理和更換，在使用條件不苛刻的地方，可優(yōu)先采用。常用的軟質材料，有皮革、天然橡膠、合成橡膠、尼龍、聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等。其中聚四氟乙烯（氟塑料的一種），耐腐蝕性能優(yōu)異，溫度適應范圍廣（從-180℃~+200℃），摩擦系數(shù)小，做密封圈比較理想。但軟質材料總不如硬質材料（金屬）堅固，所以普通工業(yè)閥門的密封圈，還是以硬質材料為多。常用硬質材料，有銅合金、巴氏合金、不銹鋼、硬質合金、滲氮鋼。

銅合金：適用于水或蒸汽，耐磨性好，低壓閥門(pg≤16kgf/cm2)用得較多，工作溫度不超過250℃。

不銹鋼：適用于高溫、高壓和腐蝕性的介質。例如鉻不銹鋼（常用牌號有2Cr13、3Cr13）,適用于450℃以下的水、蒸汽和石油；鉻鎳鈦不銹鋼（常用牌號有1Cr18Ni9Ti）,能耐硝酸等腐蝕性介質，耐溫可達600℃，做密封圈使用很廣。

硬質合金：如鈷基合金，耐腐蝕性、耐摩擦性和耐沖刷性都好，使用壽命長，是比較理想的密封圈材料，一般采用堆焊后再加工的方法制造。

滲氮鋼：鉻鉬鋁合金鋼（常用牌號為38CrMoAlA）經(jīng)滲氮處理后，可在540℃以下的蒸汽介質中耐久使用，目前電站閥門廣泛采用。

硬質材料密封圈性能，主要取決于兩個密封圈的加工，研磨越精細，密合性能越好。2/22/202348.3閥桿及其他閥桿是上下運動和承受軸向力的重要零件，下部與關閉件相連接，上部受手輪等操縱件控制，上下聯(lián)動實現(xiàn)閥門的啟閉。

8.3.1

閥桿材料

閥桿是運動件和受力件，且常與密封填料摩擦，處于介質的浸泡之中，因此所選材料要有足夠的強度和良好的韌性、抗擦傷性、耐溫性和耐蝕性。加工光潔度力求高等級。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

閥桿與關閉件的連接

閥桿與關閉件（閥瓣、閘板）的連接，要求是：連接可靠；轉動閥桿時，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，結構簡單，易做易換，多用于小口徑高壓截止閥，但不適用于大口徑，因為對閥座密封面的對中調整性較差。

2/22/202352）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。密合調整性強，但連接不很可靠。圖8-18對開環(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的截止閥。

5）鋼絲圈連接：如圖8-19所示.

這種形式，用于無腐蝕性介質和不重要閥門，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，不好單獨更換。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。

2/22/202367）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，使用較廣泛。

2）螺母活動連接：如圖8-23所示。

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

2/22/202373）撞擊式連接：如圖8-24所示。圖8-24撞擊式連接

這種連接用于某些高壓閥門；為了增大開啟力和關閉力，在手輪與閥桿螺母的連接處，留有適當空間，可讓手輪游動很大角度，在開閉閥門的瞬間，猛烈旋轉手輪，使它對閥桿螺母產(chǎn)生一個撞擊力，這個力量大大超過單純旋轉手輪的力量。

圖8-25滾珠螺母連接

4）滾珠螺母連接：如圖8-25所示。

這種連接，是閥桿與螺母之間放置滾珠，螺母轉動時，滾珠跟著前進，使閥桿升降。滾珠又有上下孔相連通，可周而復始地使用。它的優(yōu)點是以滾動摩擦代替滑動摩擦，使操作力矩大大減??；缺點是結構復雜，不易加工制作。

8.3.4

閥桿螺母材料

閥桿螺母，是指與閥桿配合并作相對運動的螺母。如上所述，它是閥桿與操縱件的中間連接件。由于經(jīng)常處于摩擦和受力狀態(tài)，要求螺母材料摩擦系數(shù)小，有一定強度，不生銹，不容易與閥桿咬死。常用的閥桿螺母材料，有銅合金、塑料和鋼等。

2/22/202388.4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2/22/202398.4.2

螺紋連接

這是一種簡便的連接方法,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，可以完整地將其取下，因為它是一層無粘性的薄膜，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，在我國近年才發(fā)展起來，它的連接和密封原理是，當旋緊螺母時，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：1.體積小，重量輕，結構簡單，拆裝容易；2.連接力強，使用范圍廣，可耐高壓(1000kgf/cm2)、高溫(650℃)和沖擊振動；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是一個雙頭卡套的小口徑球閥。2/22/2023108.4.4

卡箍連接

這是一種快速連接方法，它只需兩個螺栓，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

內自緊連接

以上各種連接形式，都是利用外力來抵消介質壓力，實現(xiàn)密封的。而內自緊連接則是利用介質壓力進行自緊的連接形式。如圖8-36所示，它的密封圈裝在內錐體處，跟介質相向的一面成一定角度，介質壓力傳給內錐體，又傳遞給密封圈，在一定角度的錐面上，產(chǎn)生兩個分力，一個與閥體中心線平行向外，另一個壓向閥體內壁。后面這個分力便是自緊力。介質壓力愈大，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，但也需要一定的預緊力，以便在閥內壓力不高時，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)具休情況具體對待。2/22/2023118.5

動密封

閥門的動密封，主要是指閥桿密封。不讓閥內介質隨閥桿運動而泄漏，是閥門動密封的中心課題。圖8-38壓蓋式填料函8.5.1

填料函形式

目前，閥門動密封，以填料函為主。填料函的基本形式有:

1）壓蓋式：如圖8-38所示。

a)活節(jié)螺栓b)雙頭螺栓c)T形螺栓

同一形式又有許多細節(jié)區(qū)別。如，從壓緊螺栓來說，可分T形螺栓(圖8-38c用于壓力≤16kgf/cm2的低壓閥門)、雙頭螺栓(圖8-38b)和活節(jié)螺栓(圖8-38a，用于高中壓閥門)等。從壓蓋來說，可分整體式和組合式(如圖8-39a、b所示)。a)整體式壓蓋b)組合式壓蓋圖8-39壓蓋圖8-40壓緊螺母式填料函

2）壓緊螺母式：如圖8-40所示。

這種形式，外形尺寸小，但壓緊力受限制，只使用于小閥門。2/22/2023128.5.2

填料

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

1）石棉盤根：

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

2）聚四氟乙烯編織盤根：

將聚四氟乙烯細帶編織為盤根，有極好的耐腐蝕性能，又可用于深冷介質。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，漏汽情況就會減輕；有的閥門，介質經(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。為減輕對閥桿的磨擦，有的場合，可以加二硫化鉬（M0S2）或其他潤滑劑。

目前，對新穎填料，正進行著探索。2/22/2023138.5.3

波紋管密封隨著化學工業(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增多，對閥門密封有了更嚴格的要求，有的場合已無法使用填料密封，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構如圖8-43所示。波紋管的兩端，與別的零件焊死。當閥桿升降時，波紋管伸縮，只要波紋管本身不漏，介質便無法泄出。用波紋管密封做成的閥門，如圖8-44所示。2/22/2023148.6

靜密封靜密封通常是指兩個靜止面之間的密封。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，有毛細孔，易滲透，使用時須浸漬油、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。其中石棉橡膠板結構致密,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,金屬材料強度高,耐溫性能強。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）復合材料：一般地說,金屬材料強度高,耐溫性能強。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。2/22/2023158.6.2常用墊圈性能使用閥門時，往往根據(jù)具體情況，更換原帶墊圈。常有墊圈有：橡膠平墊圈、橡膠O形圈、塑料平墊圈、聚四氟乙烯包墊圈、石棉橡膠墊圈、金屬平墊圈、金屬異形墊圈、金屬包皮墊圈、波形墊圈、纏繞墊圈等。

1）橡膠平墊圈

變形容易，壓緊時不費力，但耐壓、耐溫能力都較差，只用于壓力低、溫度不高的地方。天然橡膠有一定耐酸堿性能，使用溫度不宜超過60℃；氯丁橡膠也能耐某些酸堿，使用溫度80℃；丁腈橡膠耐油，可用至80℃；氟橡膠耐腐蝕性能很好，耐溫性能也比一般橡膠強，可在150℃介質中使用。

2）橡膠O形墊圈

斷面形狀是正圓，有一定的自緊作用，密封效果比平墊圈好，壓緊力更小。

2/22/2023163）塑料平墊圈塑料的最大特點是耐腐蝕性好，從下表可以看出個大概：

弱酸

強酸

氧化性酸

弱堿

強堿

有機溶劑聚乙烯穩(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℃之內長期使用。2/22/2023174）聚四氟乙烯包墊圈為了充分發(fā)揮聚四氟乙烯的優(yōu)點，同時彌補它彈性較差的缺點，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、化學穩(wěn)定性，而且貨源豐富，價格便宜。使用時，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，以免拆卸時費勁。

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2/22/2023188）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。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，列舉了一些數(shù)字。必須說明，這些數(shù)字跟法蘭形式、介質情況和安裝修理技術等有密切的關系，有時可以超過，有時達不到，而且耐壓和耐溫性能，也是互相轉化的，例如溫度高