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不锈钢球阀密封结构探讨   发布时间:18-05-09




在球阀的性能中,密封是其主要指标之一。球阀的密封结构主要由三部分组成,一是主阀体与辅助阀体之间的密封,由密封调节垫片实现;另一种是主阀体与阀杆之间的密封,实现了标准的“V”形密封圈或A型密封圈形成球阀的外密封结构。三是球体与主,辅阀体之间的密封,由密封座实现,形成球阀的主要密封结构。主密封结构的密封性影响球阀的工作性能,是球阀设计制造中的关键密封结构。本文将重点介绍球阀主密封件非金属密封件(又称软密封件)的结构问题。

1球阀密封要求
球阀的密封指数由内部泄漏和外部泄漏的要求决定。国家标准规定非金属密封球阀的密封性能应按GB / T13927“通用阀门压力试验”A级标准执行,并要求“试验期间无可见泄漏”。航空航天工业标准规定了地面天然气管道系统的球阀。在0.05MPa和1.1倍公称压力的压力条件下,压力保持3min,内部泄漏率应不大于3×10-5Pa·m3 / s(无气泡逸出; 1在公称压力0.1倍的压力条件下,压力应保持3min,外泄漏率不得大于1×10-5Pa·m3 / s(无气泡逸出)。 ”

2影响球阀密封的主要因素
影响球阀密封性能的主要因素是密封面的粗糙度和球的圆度参数。众所周知,无论采用多么先进的加工技术,都不可能完全消除球体的圆度误差和密封面的微观缺陷。因此,为了获得良好的密封效果并确保加工过程能够实现,有必要确定适当的密封表面粗糙度。球体圆度参数值。数据建议球的密封表面的Ra值的最大允许值为0.4μm;当使用PTFE作为密封材料时,密封座的Ra值的最大允许值为0.8μm。根据GB / T 1184表2的6点精度,球面的圆度公差更为合适。

3球阀主要密封结构分析
早期的球阀通常使用金属材料作为密封结构(也称为硬密封)。随着工程塑料技术的发展,特别是聚乙烯的外观,球阀密封结构具有更理想的密封材料。共同的球阀门主密封结构的软密封包括刚性密封座,带弹性元件的密封座,PTFE唇形密封座,以及由弹性扩张器和PTFE唇形密封座组成的组合密封座。唇型密封座具有唇形结构,因此具有更好的弹性。在使用中,可以确保密封面的预压缩量,并且可以补偿密封面的预压量,使其优于刚性结构。但在使用过程中,发现PTFE的弹塑性变形能力及其在温度变化条件下的稳定性仍不尽人意,且具有较大的冷流动倾向;同时,由于球阀的使用压力变化很大,因此作为密封材料的由PTFE制成的唇形密封座在低压条件下或长期使用下仍然容易泄漏。解决这个问题的方法是采用由弹性膨胀圈和聚四氟乙烯唇形密封座组成的组合密封座,它可以依靠金属材料的弹性弹性变形能力来提高其整体的弹塑性变形能力。并有补偿能力,提高球阀的密封能力。

3.1球阀密封条件

为确保球阀符合规定的密封要求,必须使用介质的压力来迫使球(浮动球阀)或密封座(固定球阀)产生微小的小位移,使密封座表面产生一定程度的弹塑性变形,形成必要的密封压力。 过高的密封压力会导致密封座的耐压性超过材料允许的比压并造成损坏,导致密封失效和操作扭矩增加,从而影响操作性能; 如果太低,密封座的表面会被损坏。 塑性变形量不足以补偿球的加工误差,导致主密封件不能满足所需的密封要求。

球阀密封条件:qMF <q <[q]
在公式中:qMF - 确保密封所需的密封面比压; [q] - 密封面的允许比压; q - 计算的实际特定压力。

3.2浮动球阀的密封机构

由于球的下端没有固定支撑,所以当浮球阀关闭时,球在中压的作用下会产生一定量的浮动(位移)留下人口密封座,并在出口端按压它。密封座,使出口密封座处的介质堵塞。换言之,只有出口密封座在浮动球阀中起密封作用,而人口密封座和球保持小的浮动间隙。

3.3固定球阀的密封机构

高压或公称通径DN≥200 mm的球阀,通常采用固定结构。固定球阀球不产生浮动量,可保证双向密封,减小阀门的工作扭矩;密封座上的载荷波动较小。固定球阀可分为球前密封(填充密封)和球密封(出口密封)球阀

3.4密封座的预压缩

当介质的工作压力较低时,为了保证球阀的密封性,必须在球与密封座之间形成一定的预压力。

在刚性座椅中,球阀的可靠性和使用寿命取决于密封座预压的正确选择。缺少预压并不能保证球阀的低压密封性能;如果预压量过大,则球与密封座之间的摩擦力矩会增大,影响球阀的性能;并且可能发生密封座的塑性变形,导致密封失效。对于PTFE密封座,预加载比压一般应为0.1 PN,不得低于1.02 MPa。通过改变密封调整垫圈的厚度来实现刚性密封座的预压缩量的调整。密封调整垫片加工的误差会影响调整效果;合理的组装和调整是获得良好密封性的关键。在使用中,密封座磨损后,预紧力自动调节能力差,因此刚性密封座结构球阀的使用寿命较短。

解决该问题的一种方法是使用具有弹性构件的密封座。此时,预压缩量通过弹性元件获得并调整,而不依赖于密封调整间隔件。带弹性元件的密封座除了获得必要的预压缩量之外,还可以补偿弹性构件的弹性变形范围内的预紧比压力。 因此,球阀的使用寿命相对较长。

3.5带弹性元件的密封座椅结构

(l)带弹簧元件的弹簧密封座

带有蝶形弹簧或圆柱形螺旋弹簧的密封座已广泛用于非腐蚀性介质球阀。 但由于难以选择能承受强腐蚀介质的材料,而且弹性组分材料的弹性较好,而且这类材料的热处理工艺较为复杂,因此这种密封座结构并未广泛应用于强腐蚀性介质球阀门。

弹性膨胀环和PTFE唇形密封座组合密封座。 弹性膨胀圈的材料可以是1Cr18Ni9Ti或1Cr18Ni9,以便与高腐蚀性介质兼容。 图6显示了弹性扩张器环的结构; 图7显示了PTFE封口机的结构。 从图6和图7可以看出,聚四氢乙烯唇形密封座唇部的设计角度是30°,而弹性扩张器唇部的设计角度是34°。

在中等压力下,弹性胀圈的弹力可以弥补单个PTFE密封座弹塑性变形能力的不足,提高球阀密封的可靠性和使用寿命。 在介质压力低的情况下,由于弹性膨胀环唇与PTFE唇形密封座唇之间的角度差和金属膨胀环的强弹性变形能力,PTFE唇形密封座在弹力的作用下 弹性膨胀环的弹性变形趋势变强,压缩球体,产生预压力,并补偿由于介质压力降低而导致的密封比压的不足。 只要它处于弹性膨胀环的弹力范围内,就可以确保球阀在低压条件下的可靠密封。



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