1. 介绍
插头阀是四分之一的旋转阀,通过旋转阀体内的圆柱或圆锥形插头来调节流动.
当插头的透气与入口和出口端口对齐时, 流体自由通过; 90°旋转关闭端口.
现代插头阀 - 通过冶金的进步而造成, 加工, 和密封技术 - 石油必不可少的 & 气体, 化学, 水处理, 和动力产业.
2. 什么是插头阀?
一个 插头阀 很简单, 强大的四分之一孔阀用来启动, 停止, 或在管道系统中转移流体流动.
以其核心, 该阀由一个空心, 位于阀体匹配的腔内的圆柱或锥形“插头”.
当插头的内部段落 (孔) 与管道端口保持一致, 流体自由流动; 插头的90°转弯旋转孔从端口旋转, 关闭流程.

钥匙 阀成分
- 身体: 容纳插头并提供入口/插座连接 (法兰, 螺纹, 或焊接).
- 插头: 旋转元件, 形状是直圆柱或锥体, 包含端口(s).
- 座位: 在塞子和身体之间提供密封; 可以是金属对金属表面或弹性插入物 (ptfe, 橡皮).
- 干 & 处理/执行器: 从操作员传输扭矩 (杠杆, 变速箱, 气动或电动执行器) 到插头.
操作原则
旋转流控制
插头阀通过将插头围绕其轴旋转而操作 - 要求只有四分之一的转弯即可完全开放或完全关闭.
这允许快速驱动: 典型的手动操作不到一秒钟, 自动气动或电动执行器可以在0.5-2秒内完成中风.
密封形成
- 金属到金属密封: 插头的硬面表面 (经常涂有星际) 直接接触身体的孔.
在线压力下, 插头压入身体, 增强密封.
这些阀承受最高温度 550 °C和高压应用 (ANSI课 600 及以上), 但是需要更高的分类扭矩 (100DN 50–200阀的–500 nm). - 有弹性的 (柔软的) 座位: 插头孔周围的弹性体或ptfe环提供了一个符合密封件,并具有最小的扭矩 (10DN 15–100阀的–50 nm).
软化插头阀实现每个API的气泡直接关闭 598 但通常仅限于以下温度 200 °C和ANSI类下的压力 300.
扭矩要求 & 致动
操作插头阀的扭矩取决于尺寸, 座椅类型, 和服务条件. 根据经验:
- 软糖DN 50 阀需要〜15 nm才能打开; 软糖DN 200 阀门 60 NM.
- 金属式DN 50 阀可能需要 100 NM; 金属式DN 200 阀门 400 NM.
手动驱动: 杠杆或手轮, 通常带有用于较大阀的变速箱.
气动致动: 快速的双作用或弹簧返回气缸, 可靠的四分之一操作 - 循环时间 <1 s.
电动驱动: 提供与DCS/SCADA系统集成的精确位置控制和反馈; 典型的中风时间为2-5 s.
3. 插头阀的类型和基本设计
插头阀采用各种配置设计,以满足广泛的过程要求.
关键设计区别是基于润滑法, 插头几何, 端口配置, 和内部流道.

润滑. 非润滑插头阀
- 润滑插头阀
这些阀取决于注射密封剂 - 通常是石墨- 或基于PTFE的化合物 - 插头和阀体之间.
润滑剂扮演多个角色: 它在操作过程中减少了摩擦, 增强密封完整性, 并提供防止腐蚀性或磨料媒体的保护性障碍. - 非润滑插头阀
这些设计使用自润滑材料 - 例如PTFE (聚二氟乙烯) 使用玻璃纤维增强 - 用于座椅或使用硬涂的塞子 (例如。, 镍镍或硬镀铬涂层具有表面硬度 > 60 HRC) 最大程度地减少摩擦.
插件配置: 圆柱形, 锥 & Trunnion安装
- 锥 (锥) 插头
具有与气门车身座椅角相匹配的锥度, 圆锥形的插头在线压力下是自我对准的, 提供更安全,更泄漏的密封.
它们在高压应用中特别有效 (≥2,500psi / 172 酒吧). - 圆柱插头
这些插头具有平行的侧面,并依靠弹簧座的座椅或弹性插入物来保持接触.
圆柱构型更适合低到中等压力系统,通常用于紧凑或低成本阀设计. - Trunnion安装的插头
在这个设计中, 插头由上和下部的插头指导, 减少扭矩要求并在密封表面上磨损.
该结构是大直径阀的首选 (≥12英寸) 或极高的压力应用 (到 15,000 psi / 1,034 酒吧), 例如海底或高融合压力保护系统 (嬉皮士).
多端口插头阀
- 三向插头阀
设计使用L形或T形插头通道,以在三个端口之间转移流动.
在混合中常见, 绕过, 或转移服务 (例如。, 混合冷水流, 采样系统, 或行切换). - 四向插头阀
包括交叉形或双L的内部通道,以在两个入口对之间重新路由流动.
这些被广泛用于批处理化学操作和反应堆饲料交替, 允许使用最小阀门计数的复杂过程序列.
端口大小配置: 全港与. 减少港口
- 全端口插头阀
内部流段与连接管道的直径匹配 (例如。, 一个2英寸的阀门有一个2英寸的端口).
这种设计可最大程度地减小压力下降,并且在流动效率或猪至关重要的地方至关重要.
2英寸全端口塞阀的典型简历: 〜50. - 减少端口塞阀
流路径是一个标称管道尺寸,小于入口/出口连接 (例如。, 一个2英寸孔的2英寸阀).
这种设计降低了材料和制造成本,但引入了更高的压力下降.
典型的CV,用于2英寸减少端口阀: 〜30.
4. 材料和插头阀的建造
插头阀的材料选择和构造对其性能至关重要, 耐用性, 和苛刻的工业环境中的化学兼容性.
每个组成部分 - 身体, 插头, 座位, 和内部密封件 - 使用量身定制的材料进行设计,以承受特定的压力, 温度, 和过程媒体.

身体 & 插头材料
| 材料 | 标准/等级 | 关键属性 | 典型的应用 |
| 铸铁 | ASTM A126 B类 | 经济, 适用于低压系统; 有限的耐腐蚀性 | 供水, HVAC, 市政系统 |
| 碳钢 | ASTM A216 WCB | 高机械强度; 适用于中高压/温度 | 油 & 气体, 蒸汽, 石化管道 |
| 不锈钢 | ASTM A351 CF8/CF8M (316SS) | 优异的耐腐蚀性, 特别是针对氯化物和酸 | 化学植物, 食品/制药, 海洋环境 |
| 镍合金 | Hastelloy C-276, inconel 625, 莫内尔 400 | 对侵略性化学物质和高温的抗药性 | 酸处理, 离岸, 气擦洗 |
| 延性铁 / 青铜 | ASTM A536 / ASTM B62 | 具有成本效益的良好机械性能 | 农业, 饮用水, 一般管道 |
座位 & 衬里材料
| 材料 | 温度范围 | 关键功能 | 推荐服务 |
| ptfe (特氟龙) | –50°C至 +230°C | 低摩擦, 出色的化学惰性 | 食物, 制药, 腐蚀性化学处理 |
| 填充的ptfe | –50°C至 +260°C | 用玻璃或碳加固,以更好地磨损和强度 | 高周期化学系统 |
| 弹性体 (EPDM, fkm) | –30°C至 +200°C | 良好的密封灵活性, 抗水, 空气, 和轻烃 | 水处理, HVAC |
| 灵活的石墨 | –200°C至 +540°C | 高温阻力, 防火; 用于关键密封 | 蒸汽线, 炼油厂, 高温管道 |
| 金属对金属 (星际, 镀铬) | 最多650°C | 侵蚀或磨料液的硬密封表面 | 浆液, 磨料油, 肥料植物 |
润滑剂 (用于润滑插头阀)
| 润滑剂类型 | 关键特征 | 服务适用性 |
| 基于石墨的油脂 | 高温阻力, 低摩擦 | 蒸汽, 重油, 炼油厂应用 |
| ptfe / Mos₂化合物 | 低摩擦系数, 化学惰性 | 腐蚀性气体, 化学饲料 |
| 基于硅酮的密封剂 | 中性行为, 在广泛的温度范围内有效 | 天然气分布, 一般服务 |
5. 插头阀的性能特征
插头阀以其简单的操作而闻名, 坚固的密封, 和双向流能力.
然而, 他们的性能根据设计差异很大, 材料选择, 和服务条件.

压力温度等级
插头阀根据行业标准进行评分 API 599 和 ISO 17292, 哪个在各种温度下定义安全的工作压力限制.
这些评分在很大程度上取决于阀门 身体材料 和 座椅设计.
| 材料 | ASME课程 | 最大压力 (psig) | 最大温度 (°C) |
| 碳钢 (WCB) | 150 | 〜285 @ 38°C | 〜425°C |
| 不锈钢 (CF8M) | 300 | 〜740 @ 38°C | 〜540°C |
| 合金 (inconel 625) | 600 | >1,480 @ 38°C | >650°C |
密封紧密度 & 泄漏类
插头阀, 尤其是柔软的座椅或注入的油脂, 可以实现 泡泡密度关闭. 测试泄漏标准:
- API 598: 工业阀的压力测试协议
- ISO 5208: 阀泄漏分类
- 泄漏类VI (柔软的座椅): 本质上为零可见泄漏
- 泄漏级IV (金属座椅): 大多数工业气和液体服务可接受
润滑插头 依靠油脂来保持密封完整性并需要定期重新注入, 尽管 非润滑版本 使用弹性体或PTFE袖子可以随着时间的推移磨损.
流动特征 (简历值)
插头阀展览 线性或等级控制行为, 取决于端口几何形状 (圆与. 矩形或v-核).
虽然主要用于隔离, 一些插头设计允许 中等节流.
- 全端口插头阀 (2-英寸):
-
- 简历≈45–55 (高流量效率)
- 减少端口塞阀 (2-英寸):
-
- 简历≈25–35 (较高的压降)
简历 (流量系数) 表示在60°F处的加仑/分钟水的流速,该流量将以A 1 PSI压降.
扭矩要求 & 致动
插头阀通常需要 较高的工作扭矩 由于塞子和座椅之间的接触范围较大,因此比球或蝴蝶阀.
| 阀类型 | 典型的扭矩 (2英寸阀的NM) |
| 润滑插头阀 | 〜50–100 nm (取决于润滑膜) |
| PTFE衬里的插头阀 | 〜30–60 nm |
| 金属座的插头 | >100 NM (需要装备或执行器) |
6. 插头阀的应用程序字段

- 油 & 气体 (上游, 中游, 下游)
- 化学 & 石化行业
- 水 & 废水处理
- 发电
- 纸浆 & 纸业
- 矿业 & 矿物加工
- HVAC & 建筑服务
- 食物 & 饮料行业
- 海军陆战队 & 离岸工程
- 药物 & 生物技术行业
- 液化天然气 & 低温系统
- 钢 & 冶金植物
- 精制 & 批量存储终端
- 纺织品 & 染色行业
- 消防系统
7. 插头阀的优点和局限性
插头阀的优势
- 简单设计: 最小内部组件, 使维护直接.
- 快速操作: 90-学位四分之一转弯允许快速开放/关闭动作.
- 紧密关闭: 出色的密封能力, 特别是具有弹性座椅或润滑剂.
- 双向密封: 在两个流方向上有效密封.
- 紧凑的尺寸: 与门或地球阀相比,短面对面的尺寸.
- 多端口选项: 可用于流动或混合的3向或四向配置.
- 高耐用性: 适用于磨料, 腐蚀性, 或泥浆媒体 (使用适当的材料).
- 在线维护: 许多设计允许维修而无需从管道中卸下阀门.
插头阀的局限性
- 高工作扭矩: 特别是在金属座或更大的阀中; 可能需要装备或执行器.
- 摩擦穿: 金属对金属设计会随着时间的流逝而经历累加和磨损.
- 润滑需求: 润滑塞阀需要定期重新润滑以保持密封和易于操作.
- 成本: 在类似的压力/温度范围内,比球阀更昂贵.
- 有限的节流: 由于潜在的侵蚀和部分开放位置而导致的精确流量控制并不理想.
- 大小约束: 上面的尺寸不太常见 24 由于扭矩和制造极限,英寸.
8. 比较: 插头阀与. 球, 门, 和蝴蝶阀
| 方面 | 插头阀 | 球阀 | 闸阀 | 蝴蝶阀 |
| 设计 | 简单的车身和锥形/圆柱插头 | 带孔旋转球形球 | 上升的楔子或平行门盘 | 圆盘在中央轴上旋转 |
| 手术 | 90°四分之一转 | 90°四分之一转 | 多转 (慢的) | 90°四分之一转 |
| 密封能力 | 出色的 (特别是润滑类型) | 非常好 (紧密关闭) | 好的 (金属与金属接触) | 中度到良好 (取决于座椅设计) |
| 节流 | 有限的, 不建议 | 有限的 (不理想的节流) | 可接受的最小控制 | 公平地控制,具体取决于设计 |
| 扭矩要求 | 高的, 特别是对于较大的阀门 | 缓和 | 低到高 (取决于压力/尺寸) | 低至中等 |
| 维护 | 缓和 (某些类型所需的润滑) | 低的 (最小维护) | 高的 (座椅磨损, 茎包装) | 低至中等 |
| 适合浆液/磨料媒体的适用性 | 好的 (特别是金属座) | 贫穷的 (可能堵塞或侵蚀球座) | 公平的 | 合适的光盘材料公平到良好 |
| 多端口选项 | 是的 (3-方式, 4-方式) | 是的 (有限的3路可用性) | 不 | 不 |
| 压降 | 低至中等 (取决于端口大小) | 低的 (完整的孔设计) | 低的 | 缓和 |
| 空间要求 | 紧凑的面对面, 较大的扭矩执行器 | 袖珍的 | 长面对面 (需要垂直空间) | 非常紧凑 |
| 成本 | 中度至高 (特别是金属座的) | 缓和 | 低至中等 | 低至中等 |
| 申请 | 化学, 油 & 气体, 泥浆, 多向流 | 一般使用, 水, 油 & 气体, 关闭 | 水工厂, 隔离, 非频繁的操作 | HVAC, 水, 低压气体, 大型管道直径 |
概括:
- 使用插头阀 当您需要紧密关闭时, 双向密封, 或多端口流量,例如泥浆或化学物质等艰难服务.
- 球阀 非常适合快速关闭和清洁媒体应用中的压力下降最小.
- 闸阀 在大孔系统中不经常隔离.
- 蝴蝶阀 在空间限制中表现出色, 较大直径的低压环境.
9. 浆纱, 选择 & 安装指南

- 媒体和条件: 匹配身体和座椅材料与流体化学, 温度, 和压力.
- 浆纱: 使用简历计算来确保在预期ΔP处流量; 选择执行器以交付1.5×突发扭矩.
- 安装: 在润滑阀中垂直插头,以防止油脂聚集; 在每侧保持1×阀长度管的长度,以获得最佳性能.
10. 维护, 检查 & 故障排除
- 润滑: 每6-12个月或 5,000 周期; 使用制造商批准的油脂.
- 更换座椅: 在许多设计中, 座椅可以在线更改而无需拆除身体.
- 常见问题: 通过宽带纠正的金属座椅; 通过重新包装纠正的石墨包装泄漏; 插件侵蚀是由星状覆盖或座椅翻新来解决的.
11. 标准, 认证 & 测试
- API 599: 检查和测试程序.
- ISO 17292: 插头的性能要求, 球, 和蝴蝶阀.
- MSS SP ‑ 79/SP ‑ 80: 润滑和非润滑插头阀指南.
- 认证: API会标, CE标记, 安全仪表系统的SIL评级.
12. 结论
插头阀提供了独特的混合物 简单, 速度, 和 多功能性 在各种各样的流程行业中.
通过仔细选择身体, 插头, 和座椅材料 - 并遵守尺寸的最佳实践, 安装, 和维护 - 工程师可以利用插头阀进行可靠的隔离, 导流, 和几乎任何流体服务中的基本流量控制.
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常见问题解答
我什么时候应该在球阀上选择插头阀?
选择 插头阀 在高温或磨料服务中, 或简单的四分之一转。, 需要双向操作.
应重新润滑一次润滑塞阀的频率?
通常每6-12个月或5,000–10,000周期之后, 取决于服务严重性.
插头阀可用于节流服务?
有限的节流插头可能有限, 但是座椅磨损增加; 地球阀在精确的流量控制下表现出色.
是什么导致插头阀泄漏?如何修复?
座椅和插头磨损或损坏导致泄漏; 通过更换座椅的补救措施, 插件重新打开, 或重新润滑金属到金属阀.



