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阀门密封参数

作者: 得锐自动化发表时间:2019-09-02 08:50:25浏览量:86

阀门类型对密封解决方案的选择有很大影响。升杆闸阀的开关行程通常较长。如果操作较为频繁,此类长行程线性运动会给密封带来难度。多数情况下,此类阀门的操作频度不会超过每星期一一次,甚至每年只操作一次。盘根压盖、阀杆和填料函之间的间隙非常重要。如果缝隙较大,线性运动会导致部分密封元件被挤入,或拖曳杂质微粒穿过密封元件。因此可在...

阀门类型

 

阀门类型对密封解决方案的选择有很大影响。升杆闸阀的开关行程通常较长。如果操作较为频繁,此类长行程线性运动会给密封带来难度。多数情况下,此类阀门的操作频度不会超过每星期一一次,甚至每年只操作一次。盘根压盖、阀杆和填料函之间的间隙非常重要。如果缝隙较大,线性运动会导致部分密封元件被挤入,或拖曳杂质微粒穿过密封元件。因此可在底部装一个清洁环,有些情况下顶部也可安装一个。

 

截止阀较常采用升杆加旋转运动模式,它的密封难度最大,因为阀杆会同时在两个方向上同时运动,盘根组会逐步接触到整个阀杆的表面。阀杆如有任何偏心或失圆,都可能导致盘根元件破损并泄漏。和闸阀的情况相似,线性运动会拖曳杂质微粒穿过密封元件,然后进入工艺流体。


阀门密封

 

球阀蝶阀和旋塞阀都是常见的直角回转阀门。当阀杆相对于密封元件转动九十度,阀门即可完成从开到关的整个过程。这样的运动模式意味着最容易密封,因为它比其它类型阀门的行程小得多。与线性运动模式不同,直角回转运动不容易拖曳杂质微粒穿过密封元件。值得关注的是阀杆偏心问题,有些密封元件对于执行器对位不准极为敏感,甚至会导致阀杆密封性能降低。

 

直角回转阀的填料函有许多不同的设计,这往往会导致密封元件的选择范围受限制。很多情况下填料函都很浅,高压工况下很难实现紧密密封。

 

控制阀的阀杆密封难度通常是最大的,主要原因是操作频繁,而且阀杆密封应力不能太高。如果一台控制阀经历了100,000次阀杆循环操作,那么系统中其它类型的阀门往往只经历了1500次。高频度循环操作会导致密封元件磨损,随着时间推移会降低密封性能。为了优化流体控制性能,控制阀阀杆不能承受太大摩擦力,因此作用于控制阀的密封应力,明显低于手动阀门的密封应力。如果密封元件导致阀杆受到过大摩擦力,阀]的动作会滯后或出现速度偏差,并导致阀杆动作过大,流体控制性能降低。

 

线性控制阀的密封难度高于回转控制阀。和直角回转阀相似,回转控制阀的阀杆动作只有圆周运动一种模式,而且需要密封的阀杆表面积明显小于线性控制阀。

 

其它相关因素

 

冶金特种阀的阀杆材质通常相对较软,选择密封元件时需注意这点。理想的情况是密封元件材质比阀杆材质更软,这样可以最大限度降低阀杆磨损。 有些冶金特种阀的压盖螺栓屈服强度比较低, 需要避免密封元件的载荷接能够承受的最大应力。

 

阀门尺寸同样也是影响密封元件选择的一大因素。就小尺寸阀门而言,阀杆与填料函内壁之间的环形截面较小。有些情况下小不一定是好事,因为它会限制密封元件的选择范围。小型阀门的环形截面通常仅有.125”,很难安锁材质坚固、设计新颖的密封元件。

 

大尺寸阀门也不是说没问题了。尺寸大可能导致施加在阀杆和盘根组上的载荷过大。阀门振动时,产生的作用力对于标准密封元件可能太大。大型阀门不同截面部位的温差也较大,可能导致结构变形。

 

对大多数类型的阀门而言,填料函尺寸最理想的比例是空腔高度大约是横截面直径的三至五倍。如果是密封要求不高的直角回转阀,即使填料函较浅也能有效密封。太深的填料函首先意味着密封组件容易固结,导致密封应力损失,进而发生泄漏。其次就是对阀杆的摩擦力较高,在有些应用场合会成为阻碍。

 

根据各种密封系统的具体情况,密封元件和阀体表面处理工艺必须合理匹配。以O型圈为例,需要阀体表面相对光滑,而其它密封元件可能需要比较粗糙的表面才能更好地密封。许多情况下,全新阀门的阀杆表面太光滑,导致摩擦力过大,井和密封元件产生粘滑效应。低摩擦力的密 例如聚四氟乙烯基(PTFE)密封件封元件可以避免这些不良现象。碳/石墨基密封遇到太光滑的表面就可能出问题。此外,填料函空腔的表面处理也应该和密封元件相匹配。

 

阀门的朝向和所处位置也影响密封性能的重要因素。和垂直安装比,横向安装阀门容易产生过大的侧向载荷。有些阀门安装在不停振动着的管线平台上,如果结阀杆提供辅助支撑,对保持其密封性能是有利的。有些阀门靠近高温设备,执辐身时密封性能有负面影响。

 

流体类型和特性

 

阀门内的工艺流体也是驳关注的对象。化学兼容性很重要;磨蚀流体中的微粒口能导致密封元件性能下保。通常处于底部为密封元件,密封效果会比上层的差些,因为压盖施加的载荷只有一部分能传递到底部。在此情况下,介质内的微粒会进入密封元件,使其性能下降。含有悬浮颗粒的流体,会在盘根靠近外界空气的一侧蒸发和结晶,导致执行机构出问题。

 

当流体被密封元件密封隔离,两侧会发生压力降,流体可能发生相变。相变时的膨胀非常剧烈,密封元件必须足够坚固才能承受相变产生的作用力。以低硬度0型圈为例,较容易在此类流体中损坏,尤其是小分子流体。

 

流体温度和压力

 

流体温度是必须考虑的要素。如果低于550°F,可以采用聚四氟乙烯(PTFE)和Aramide芳纶纤维等高分子聚合物。O型圈常用于400°F以下的非苛刻工况。550°F以上的高温流体常用碳石墨盘根。在较低最度中,碳石墨盘根需要更大的密封应力,导致阀杆摩擦力更大。和其它材质相比能承受的循环载荷较低。

 

在850°F以上的极高温度中,碳石墨盘根以及用于增强材质密封性能的有效成分,会在氧化气氛中分变。对策是利用延长阀盖拉开填料函与阀体的距离,减小高温介质对盘根的影响。低导热率零件也能降低密封元件的温度,例如在填料函和密封元件之间安装陶瓷垫圈。

 

低温和深冷工况中,由于材质会变脆,强度降低,适用的密封材质有限。如果介质是液氨,通常要求BAM型式认证,即密封元件的清洁度必须符合标准。

 

压力越高无疑越难密封。由伯努利方程可知,流率的变量与压力变量的平方成正比。这就很容易理解,1500磅级阀门密封难度远高于150磅级的阀门。在高压应用场合,尤其需要确保载荷、密封元件设计能和密封性能要求相匹配。

 

阀门的运行

 

有些阀门在开关时,整栋楼甚至都会一起振动,有些阀门每年运行一百多万次,有些却难得运行回。阀门的操作次数当然需要关注,而行程的长短也很重要。控制阀的行程通常很短,大型电动阀门行程可能较长,操作较频繁。和处于温度变化环境中的阀门相比,稳态温度环境中的阀门较容易密封。这其中当然有工艺介质的原因,但过冷或过热的环境显然会增加密封难度。

 

密封性能

 

所有关注点中最重要的无疑是对密封性能的要求。许多行业,尤其是水处理行业,可以允许一定程度的可视泄漏。 泄漏物质中携带有固态微粒,一旦堆积后可以堵住泄漏点。这样的状况是可以接受的,因此微量泄漏没有很大危害。在其它一些行业,可视泄漏就是个大问题。但对于不可视泄漏,一般仅限于按照工厂 常规方法进行检测。对于密封元件的逸散泄漏要求就高得多, 而且通常都会频繁进行测试和或监测。其泄漏一般是非可视状态,计量单位是百万分之(PPM),而且标准越来越苛刻了。有些流体的危害性极大,例如致癌物质,有些甚至仅微量就会致命。对此需要采取额外预防措施、后备系统、双密封系统,并在两道系统间设置漏失孔以便监测。波纹管密封阀门具有后备密封系统,可以用于此类危险流体。

 

希望上述内容有助于厘清特定阀门和工况所对应的各种变量,以便选择最适用的密封技术。历史经验无疑有宝贵参考价值,但如果需要更长的使用寿命、更高的可靠性或密封性能,那么全面考量上述各项因素将有助于甄别权衡的重点。相信掌握的信息越全面,越有助于选择最合适的密封方案。

 

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