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| 不銹鋼球閥密封結(jié)構(gòu)探討 發(fā)布時(shí)間：18-05-09 |
  在球閥的性能中，密封是其主要指標(biāo)之一。球閥的密封結(jié)構(gòu)主要由三部分組成，一是主閥體與輔助閥體之間的密封，由密封調(diào)節(jié)墊片實(shí)現(xiàn);另一種是主閥體與閥桿之間的密封，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的“V”形密封圈或A型密封圈形成球閥的外密封結(jié)構(gòu)。三是球體與主，輔閥體之間的密封，由密封座實(shí)現(xiàn)，形成球閥的主要密封結(jié)構(gòu)。主密封結(jié)構(gòu)的密封性影響球閥的工作性能，是球閥設(shè)計(jì)制造中的關(guān)鍵密封結(jié)構(gòu)。本文將重點(diǎn)介紹球閥主密封件非金屬密封件（又稱軟密封件）的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。 1球閥密封要求 球閥的密封指數(shù)由內(nèi)部泄漏和外部泄漏的要求決定。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定非金屬密封球閥的密封性能應(yīng)按GB / T13927“通用閥門(mén)壓力試驗(yàn)”A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并要求“試驗(yàn)期間無(wú)可見(jiàn)泄漏”。航空航天工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了地面天然氣管道系統(tǒng)的球閥。在0.05MPa和1.1倍公稱壓力的壓力條件下，壓力保持3min，內(nèi)部泄漏率應(yīng)不大于3×10-5Pa·m3 / s（無(wú)氣泡逸出; 1在公稱壓力0.1倍的壓力條件下，壓力應(yīng)保持3min，外泄漏率不得大于1×10-5Pa·m3 / s（無(wú)氣泡逸出）。 ” 2影響球閥密封的主要因素 影響球閥密封性能的主要因素是密封面的粗糙度和球的圓度參數(shù)。眾所周知，無(wú)論采用多么先進(jìn)的加工技術(shù)，都不可能完全消除球體的圓度誤差和密封面的微觀缺陷。因此，為了獲得良好的密封效果并確保加工過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)，有必要確定適當(dāng)?shù)拿芊獗砻娲植诙取Ｇ蝮w圓度參數(shù)值。數(shù)據(jù)建議球的密封表面的Ra值的最大允許值為0.4μm;當(dāng)使用PTFE作為密封材料時(shí)，密封座的Ra值的最大允許值為0.8μm。根據(jù)GB / T 1184表2的6點(diǎn)精度，球面的圓度公差更為合適。 3球閥主要密封結(jié)構(gòu)分析 早期的球閥通常使用金屬材料作為密封結(jié)構(gòu)（也稱為硬密封）。隨著工程塑料技術(shù)的發(fā)展，特別是聚乙烯的外觀，球閥密封結(jié)構(gòu)具有更理想的密封材料。共同的球閥門(mén)主密封結(jié)構(gòu)的軟密封包括剛性密封座，帶彈性元件的密封座，PTFE唇形密封座，以及由彈性擴(kuò)張器和PTFE唇形密封座組成的組合密封座。唇型密封座具有唇形結(jié)構(gòu)，因此具有更好的彈性。在使用中，可以確保密封面的預(yù)壓縮量，并且可以補(bǔ)償密封面的預(yù)壓量，使其優(yōu)于剛性結(jié)構(gòu)。但在使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)PTFE的彈塑性變形能力及其在溫度變化條件下的穩(wěn)定性仍不盡人意，且具有較大的冷流動(dòng)傾向;同時(shí)，由于球閥的使用壓力變化很大，因此作為密封材料的由PTFE制成的唇形密封座在低壓條件下或長(zhǎng)期使用下仍然容易泄漏。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是采用由彈性膨脹圈和聚四氟乙烯唇形密封座組成的組合密封座，它可以依靠金屬材料的彈性彈性變形能力來(lái)提高其整體的彈塑性變形能力。并有補(bǔ)償能力，提高球閥的密封能力。 3.1球閥密封條件 為確保球閥符合規(guī)定的密封要求，必須使用介質(zhì)的壓力來(lái)迫使球（浮動(dòng)球閥）或密封座（固定球閥）產(chǎn)生微小的小位移，使密封座表面產(chǎn)生一定程度的彈塑性變形，形成必要的密封壓力。 過(guò)高的密封壓力會(huì)導(dǎo)致密封座的耐壓性超過(guò)材料允許的比壓并造成損壞，導(dǎo)致密封失效和操作扭矩增加，從而影響操作性能; 如果太低，密封座的表面會(huì)被損壞。 塑性變形量不足以補(bǔ)償球的加工誤差，導(dǎo)致主密封件不能滿足所需的密封要求。 球閥密封條件：qMF <q <[q] 在公式中：qMF - 確保密封所需的密封面比壓; [q] - 密封面的允許比壓; q - 計(jì)算的實(shí)際特定壓力。 3.2浮動(dòng)球閥的密封機(jī)構(gòu) 由于球的下端沒(méi)有固定支撐，所以當(dāng)浮球閥關(guān)閉時(shí)，球在中壓的作用下會(huì)產(chǎn)生一定量的浮動(dòng)（位移）留下人口密封座，并在出口端按壓它。密封座，使出口密封座處的介質(zhì)堵塞。換言之，只有出口密封座在浮動(dòng)球閥中起密封作用，而人口密封座和球保持小的浮動(dòng)間隙。 3.3固定球閥的密封機(jī)構(gòu) 高壓或公稱通徑DN≥200 mm的球閥，通常采用固定結(jié)構(gòu)。固定球閥球不產(chǎn)生浮動(dòng)量，可保證雙向密封，減小閥門(mén)的工作扭矩;密封座上的載荷波動(dòng)較小。固定球閥可分為球前密封（填充密封）和球密封（出口密封）球閥 3.4密封座的預(yù)壓縮 當(dāng)介質(zhì)的工作壓力較低時(shí)，為了保證球閥的密封性，必須在球與密封座之間形成一定的預(yù)壓力。 在剛性座椅中，球閥的可靠性和使用壽命取決于密封座預(yù)壓的正確選擇。缺少預(yù)壓并不能保證球閥的低壓密封性能;如果預(yù)壓量過(guò)大，則球與密封座之間的摩擦力矩會(huì)增大，影響球閥的性能;并且可能發(fā)生密封座的塑性變形，導(dǎo)致密封失效。對(duì)于PTFE密封座，預(yù)加載比壓一般應(yīng)為0.1 PN，不得低于1.02 MPa。通過(guò)改變密封調(diào)整墊圈的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)剛性密封座的預(yù)壓縮量的調(diào)整。密封調(diào)整墊片加工的誤差會(huì)影響調(diào)整效果;合理的組裝和調(diào)整是獲得良好密封性的關(guān)鍵。在使用中，密封座磨損后，預(yù)緊力自動(dòng)調(diào)節(jié)能力差，因此剛性密封座結(jié)構(gòu)球閥的使用壽命較短。 解決該問(wèn)題的一種方法是使用具有彈性構(gòu)件的密封座。此時(shí)，預(yù)壓縮量通過(guò)彈性元件獲得并調(diào)整，而不依賴于密封調(diào)整間隔件。帶彈性元件的密封座除了獲得必要的預(yù)壓縮量之外，還可以補(bǔ)償彈性構(gòu)件的彈性變形范圍內(nèi)的預(yù)緊比壓力。 因此，球閥的使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)。 3.5帶彈性元件的密封座椅結(jié)構(gòu) （l）帶彈簧元件的彈簧密封座 帶有蝶形彈簧或圓柱形螺旋彈簧的密封座已廣泛用于非腐蝕性介質(zhì)球閥。 但由于難以選擇能承受強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的材料，而且彈性組分材料的彈性較好，而且這類(lèi)材料的熱處理工藝較為復(fù)雜，因此這種密封座結(jié)構(gòu)并未廣泛應(yīng)用于強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)球閥門(mén)。 彈性膨脹環(huán)和PTFE唇形密封座組合密封座。 彈性膨脹圈的材料可以是1Cr18Ni9Ti或1Cr18Ni9，以便與高腐蝕性介質(zhì)兼容。 圖6顯示了彈性擴(kuò)張器環(huán)的結(jié)構(gòu); 圖7顯示了PTFE封口機(jī)的結(jié)構(gòu)。 從圖6和圖7可以看出，聚四氫乙烯唇形密封座唇部的設(shè)計(jì)角度是30°，而彈性擴(kuò)張器唇部的設(shè)計(jì)角度是34°。 在中等壓力下，彈性脹圈的彈力可以彌補(bǔ)單個(gè)PTFE密封座彈塑性變形能力的不足，提高球閥密封的可靠性和使用壽命。 在介質(zhì)壓力低的情況下，由于彈性膨脹環(huán)唇與PTFE唇形密封座唇之間的角度差和金屬膨脹環(huán)的強(qiáng)彈性變形能力，PTFE唇形密封座在彈力的作用下 彈性膨脹環(huán)的彈性變形趨勢(shì)變強(qiáng)，壓縮球體，產(chǎn)生預(yù)壓力，并補(bǔ)償由于介質(zhì)壓力降低而導(dǎo)致的密封比壓的不足。 只要它處于彈性膨脹環(huán)的彈力范圍內(nèi)，就可以確保球閥在低壓條件下的可靠密封。 |
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