平衡式截止阀的设计与应用探究

吴凯

摘要：阀门在管路系统中起着分配、调节、分流或合流的作用，是管道中的重要部件。截止阀是最常见的一种阀门，它的启闭件是塞形的阀瓣，密封面呈平面或锥面，阀杆作为开关部件与球体连接。截止阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，在工业上表现出较强的应用价值。

关键词：平衡式截止阀；设计；应用

截止阀的结构简单、密封性能好，在工业生产中被广泛应用。截止阀主要是靠阀杆带动阀瓣，并在阀瓣上有密封面来实现密封的。由于阀门主要是靠阀杆带动阀瓣，所以在阀门关闭时，阀杆受到的作用力比较大，当受到较大外力作用时，容易造成阀门关不严的情况。因此为了解决这个问题，在阀门设计中引入平衡式结构。本文对平衡式截止阀的设计与应用进行了探究与分析。

一、平衡式截止阀的设计

（一）结构原理

平衡式截止阀由阀体、阀盖、密封副、弹簧及传动机构等组成。阀体上有两个圆形通道，两个通道之间是密封副。两个密封副通过螺栓连接在一起，在阀门关闭时，两个密封副的中心线通过螺栓相互接触，在压力作用下，两个密封副间形成的密封面产生压力差，压力差形成的推力使密封面紧密贴合在一起，实现了阀门的密封。在阀门关闭时，当阀内介质压力降低至零位时，平衡式截止阀内的弹簧处于自由状态，此时阀体与阀盖之间的通道是开放状态；当阀门内介质压力继续降低至某一设定值时，平衡式截止阀内的弹簧被压缩而将阀盖紧紧地压在阀体上，形成一个紧密的密封面。

（二）阀体材料

平衡式截止阀的阀体材料通常为不锈钢或合金钢，可根据用户的要求，也可选择其他材料。

（1）不锈钢：不锈钢由于具有耐腐蚀、抗氧化、耐磨损、高强度等优点，被广泛应用于石油、化工、电力等行业中。但不锈钢也有其自身的缺点，主要是：①不锈钢一般耐腐蚀性较差，在强酸、强碱等环境中使用时，会产生腐蚀；②不锈钢的硬度比较高，容易磨损；③不锈钢的价格比较昂贵。

（2）合金钢：合金钢的材料较为稳定，耐腐蚀性较好，但其机械性能不高，在加工过程中也易产生变形。

（三）阀体设计

1、阀体设计：阀体是阀门的主要部件，它承受了整个阀门的重量，并且直接与介质接触，因此阀体的强度、刚度、稳定性等都直接影响阀门的使用寿命。平衡式截止阀主要由阀体和阀盖组成，阀体和阀盖的结构是相似的。在设计时需要注意：（1）在设计时要充分考虑阀门在使用过程中出现问题的可能性[1]。由于平衡式截止阀主要是靠阀杆带动阀瓣进行密封，所以在设计时，要充分考虑到阀杆承受的作用力；（2）平衡式截止阀可以根据使用场合和工况来选择不同的阀门材料。由于平衡式截止阀使用介质是高温、高压气体，所以在选择材料时要选择耐高温、高压、耐磨等材料；（3）平衡式截止阀要保证阀门具有良好的密封性。在设计时，要根据阀门不同的工作压力来选择不同材质的阀门。为了保证阀门具有良好的密封性能，在设计时要使用高质量、高耐磨的密封材料。

2、填料设计：填料是平衡式截止阀不可缺少的一个部件，它不仅能够起到密封作用，还能起到防止介质泄漏及改善介质流通特性等作用。为了保证填料的密封性能，可以采用石棉橡胶类材料。由于石棉橡胶具有良好的耐高温、高压、耐磨等特点，所以在设计时要选用石棉橡胶作为填料。

3、传动设计：由于平衡式截止阀主要是靠阀杆带动阀瓣进行密封，因此在设计时要考虑到阀杆与阀门之间存在一定的摩擦力。为了防止摩擦力，可以采用弹性结构设计。因为弹性结构能在一定程度上减小摩擦力，从而保证阀门能够正常工作。为了提高阀门在开启时的灵活度，可以采用三向弹性结构设计。这种结构能够有效地提高阀门开度时的灵活度。

（四）阀门关键零部件的设计

平衡式截止阀的阀瓣上有密封面，当阀门关闭时，由于平衡式结构的特点，密封面可以保持在良好的接触状态。然而由于阀门在关闭过程中，阀门内部压力的作用会使密封面产生变形，从而降低密封面的接触程度。为了解决这个问题，需要设计一种能适应阀门内部介质压力变化的平衡式结构。由于平衡式结构和阀瓣结构设计是结合在一起的，所以要保证阀瓣密封面不发生变形，就要保证阀瓣密封面和阀座之间的密封性。为此，本文在阀瓣和阀座之间设计一个弹性体作为密封元件，以达到密封效果。平衡式结构可以用来设计带弹簧的截止阀，由于弹簧是一种弹性元件，当阀门关闭时，弹簧所受的作用力也会随之减少。另外在阀门关闭过程中，随着阀门内压力不断变化，弹簧所受拉力也会不断减小，这样就可以保证阀门关闭时的密封性能。带弹簧的截止阀一般适用于压力较低、介质清洁度高的场合。

二、平衡式截止阀的应用探究

1.平衡式截止阀在化工行业的应用

平衡式截止阀是一种重要的工业阀门，主要用于介质的分流合流或流向转换，以及改变介质的流量和压力。由于流体介质在管道中流动时，方向是不断变化的，在不同的位置上需要使用不同形式和结构的截止阀，如明杆和暗杆截止阀、旋塞式截止阀和旋塞式止回阀、波纹管截止阀、弹性座封闸阀等。平衡式截止阀主要用于输送介质的分支管道中，起到分流合流或改变介质流动方向的作用

[1]。在化工生产过程中，平衡式截止阀起着至关重要的作用。平衡式截止阀应用比较广泛，因为它可以有效地控制流体介质的流量、压力等参数。平衡式截止阀的结构特点和应用领域决定了其在化工生产中所起到的重要作用。下面我们就来对平衡式截止阀进行具体分析和探讨。

2.平衡式截止阀在电力行业的应用

平衡式截止阀是电力行业常用的一种阀门，它的启闭件是圆盘形的阀瓣，密封面呈平面或锥面，阀杆作为开关部件与球体连接。平衡式截止阀由于不与介质接触，不易磨损，使用寿命长，在电力行业被广泛使用。电力行业中的很多阀门都采用了平衡式截止阀，比如：锅炉给水管道上使用的截止阀、汽机和发电机的冷却系统中使用的平衡式截止阀、汽机主汽阀门、蒸汽主阀门等。平衡式截止阀虽然是一种传统意义上的阀门，但在电力行业中却被广泛使用着。由于电力行业中介质一般都具有易燃易爆、腐蚀性、毒性等特点，所以电力行业中对阀门的要求都非常严格。由于平衡式截止阀在电力行业中使用广泛，所以对它的结构和工作原理也有了更深一步的了解。下面就以普通阀门作为比较对象，对平衡式截止阀在电力行业中的应用进行分析。

3.平衡式截止阀在石油行业的应用

石油行业是一个高危险性的行业，管道作为石油开采的输送介质，一旦发生泄漏事故，不但造成经济损失，而且还会对环境和人类造成伤害。因此，在石油生产中要设置安全有效的阀门来进行管道的维护和管理。截止阀作为石油行业管道维护管理中使用较多的阀门类型之一，其在石油行业中具有十分重要的作用[3]。由于石油开采过程中会出现不同程度的高温、高压等情况，因此在管道的连接中应选用耐高温、高压、耐磨以及耐腐蚀等性能较好的阀门。在截止阀中，平衡式截止阀是一种较为理想的选择。平衡式截止阀可以通过阀门两个密封面之间无相对运动实现密封，从而达到密封目的。它还具有结构简单、体积小、重量轻、不易被介质冲蚀等优点。但其缺点也十分明显，主要表现在价格昂贵、易磨损、阀杆和阀瓣容易被介质冲蚀等方面。因此，平衡式截止阀在石油行业中应优先选用。

结束语

平衡式截止阀是指阀体具有上下两个密封面的阀门，其主要作用是调节介质的压力和流量。平衡式截止阀具有结构紧凑、流体阻力小、启闭轻便等特点，广泛应用于石油、化工、电站等行业中。因此，本文对平衡式截止阀进行了设计分析，希望能够提升其工作质量，为我国阀门行业的发展注入动力。

参考文献：

[1]姜磊，赵金洲，等.超高压平衡式空气截止阀设计特点研究[J].船舶动力装置,2018(7)：61-65.

[2]王恒.平衡式截止阀的设计与应用研究[J].设备管理,2017（3）：22-25.

[3]唐楠.截止阀的分类与设计探讨J].工程设备设施,2018（5）：105-106.