高温高压阀门范文（精选5篇）
高温高压阀门 第1篇
一、高温高压阀门铸件制造工艺及应用
1. 相关设计要求及阀体结构分析
本次研究的高温高压阀门铸件为中石化阀门零件,材料为CF8C,即耐高温钢和模具钢,统称为铸钢。其材料特点为在高温环境中变型小,耐磨且强度大,是高温模具的常用材料。本次选取的加氢裂化装置阀门铸件型号为DN400 25001b,铸件毛坯重量为4300kg,外形尺寸为1520mm×1350mm×860mm。阀体结构如图一所示。铸件外形呈三通管状,各管分别为圆环形管道,各管道中心线在同一平面上。图1 CF8C阀门铸件结构示意图
2. 相关技术参数
本次研究的铸件材料成分在标准要求上与ASTM A351整体类似,但在SP限制方面,本次研究的CF8C不锈钢材料S ≤ 0.015,P ≤ 0.020,在标准要求上明显要高于A351。在材料力学性能方面,拉力性能应不小于485MPa,屈服强度应不小于205MPa,延伸率(l0=4d0)应不小于30%,同时,相关技术要求标准中还应做铸件金相结构和侵蚀试验,按ASTM E381 执行,结果要求为硫化物在1.0级以下,硅酸盐在1.5 级以下,氧化铝在1.0 级以下,球化氧化物在2 级以下,总级别数在5 级以下,尺寸大于ASTM E45 标准中的2.5 级的偏析和带状不均匀组织坚决不能出现。
3. 对阀门铸件制造工艺设计的分析
阀门铸造工艺的设计阶段意义重大,设计水平往往直接决定了铸件的最终质量,因此必须提高对铸造工艺设计的重视程度,明确各项环节的具体任务。具体包括了:确定铸件收缩率;选择分型面;设计浇筑系统等几个环节。首先在铸件收缩率方面,本次阀门铸件制造研究所材质属于奥氏体不锈钢,基于铸件的形状结构,在受阻收缩情况下,外腔缩尺与内腔缩尺分别控制在2% 和1.5%。其次在选择分型面方面,分型面的选择要充分考虑到阀门的要求,将各个管道的中心线保持在同一平面上,但在实际的操作过程中,要保证各个环形管道的补缩存在一定难度,针对这一情况,分型面的确定通常会利用三个管口的中心来确定,这样铸件一般就会被分为上下两个部分(如图二所示)。最后,在浇筑系统的选择与设计中,本次研究的阀门铸件浇筑系统采用了底注式浇注系统。该系统的优势在于具有平稳充型的特点,可以防止因金属液激溅而影响铸件质量,同时还有利于阻渣,排出型腔气体。在浇筑时间上,结合阀门铸件液重确定浇筑时间为105 秒;根据计算公式确定钢液的质量流率V为89kg/s;根据计算公式确定包孔直径为 Ф60mm。
(图中相关参数依次为:阀门铸件、管口、冒口、分型面、内浇道、冷铁、横浇道、铬矿砂、加工量、补缩通道)
在其它工艺参数方面,本次研究中的铸钢件生产采用了冷硬吠喃树脂石英砂工艺作为造型材料,为防止粘砂,也相应的采取了涂料打底手段。从上文的相关图示中也可以看出,阀门管口的冒口设置利于管口补缩,可高效提高补缩效率;而在阀门上下方交叉处的冒口设置,一方面形成了充分的补缩组织结构,另一方面也有利于集渣;而上图中的间接外冷铁的设置,则可以有效避免在阀门铸件制造过程中出现缩孔、缩松和裂纹缺陷等问题。最后,间接外冷铁并未和铸件表面形成直接的接触,这也在一定程度上防止了铸件出现裂纹。
4. 对于阀门铸件冶炼工艺的分析
一般情况下,在实际的生产过程中都会对CF8C阀门零件的化学成分有着严格的要求,即硫磷含量均控制在0.040% 以下(P ≤ 0.040%,S ≤ 0.040%)。因为一旦硫磷含量过高,常温下会导致金属材料应力腐蚀开裂;高温高压下则会导致金属材料腐蚀,难以得到相关要求。本次的研究的硫磷有害因素控制标准为S ≤ 0.015%,P ≤ 0.020%。
在本次冶炼工艺的考量分析中,首先考虑了电弧炉氧化法冶炼配合AOD精炼工艺,在工艺分析中发现它可以满足成品磷要求,但经济效益不理想,因此未采用此项冶炼工艺。随后研究考虑采用电弧炉返回法冶炼配合AOD精炼工艺,虽然经济效益符合了相关要求,但在磷含量返回料中不符合相关设计要求,因此针对这一问题,设计单位在此基础上,配入适量的低P钢和使用较廉价的铬铁等,实现了冶炼工艺的相关要求。
5. 铸件制造过程中的热处理工艺
为提高本次研究钢具的抗腐蚀性,根据研究的铸件铸态,对铸钢件采用了固溶处理。所谓的固溶处理,就是指将研究铸件加热到1000℃左右,让碳化物完全溶解,再通过保温粹入水中,通过控制水介质初始温度和冷却速度,最终得到铁素体组织。此外,在固溶处理完成后,还应根据设计制造需要进行稳定化处理,以此来保证不锈铸钢的抗晶界腐蚀性能。这样可以进一步提升钢的使用性能。
二、阀门铸件制造过程中的相关经验探讨
当前行业发展对于铸件质量的要求越来越高,如何在保障经济效益的前提下生产出高质量的铸件成为行业内的重点工作。本次的高温高压阀门铸件制造完成后,全部接受了实物检测,检测结果发现,首先,力学性能完全符合相关要求;其次,夹杂物等级及铁素体含量经过金相检测后也全部符合要求,PT检测未出现超标缺陷,RT检测也顺利通过。
总结相关的经验概括为以下几点。首先,为保证铸件设计制造的质量和效率,可以考虑在开模试制前利用华铸CAE数值进行模拟,避免了因现场反复试制模具而造成生产效率降低,降级经济效益,同时通过这一方法,也可以进一步保障工艺的成功出品率,提升产品质量,降低产品缺陷等等。其次,本次研究过程中所采用的冶炼模式,即电弧炉返回法配合AOD精炼,可以对钢液纯净度进行有效提升,降低硫磷及气体含量,防止冶炼缺陷。同时通过适当提高浇筑温度,对铸件充型及质量提升也具有多方面的作用。最后,在热处理工艺方面,利用固溶化配合稳定化的处理方式,保障了铸件的机械性能,使其在产品性能上得到较大提升。
参考文献
[1]蒋春宏,陈永丽.高温高压阀门铸件制造工艺及应用[J].铸造,2015,03:243-246.
城镇高压输气管线阀门的选用 第2篇
关键词高压管线;阀门;全焊接直埋式球阀
中图分类号TU996文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)072-0132-02
管线输送已成为当代物料运输的主要方式之一,利用长距离管线输送油、气等资源已成为当今世界能源输送的最主要的手段。世界上主要油、气生产国和消费国都大量使用长输管线来解决油、气资源的运输问题,其中,天然气的输送95%以上采用管线方式。随着西气东输天然气的到来,郑州市沿着四环绕城公路分期规划建设了设计压力为4.0MPa,管径为DN500和DN800的高压输气管线。按照《城镇燃气设计规范》要求,在高压燃气干管上应设置分段阀门,并应在阀门两侧设置放散管。主要用途是起启闭切断作用和安全保护作用,控制天然气的输送的。城镇高压管线的埋深一般在1.5m以上,如果按照常规的方式设置阀门井,存在占地空间大,工程费用高,工人必须进入井内操作等实际困难,而选用全焊接直埋式球阀则可解决以上问题。本文就郑州四环天然气高压输气管线的阀门选用进行探讨。
1几种常用阀门的对比分析
目前我国天然气行业使用的燃气阀门从结构形式上分主要有三个大类,即闸阀、球阀、蝶阀等。下面从两个方面对这几种天然气阀门进行分析比较。
1.1工作原理及结构特点的比较
闸阀是通过闸板的上下移动,来启闭阀门,以实现管线上某一部位系统需要“全开、全关”控制,且满足介质通过只产生微小的压力降要求。闸阀通常适用于不需要经常启闭,而且保持闸板全开或全闭的工况。不适用于作为调节或节流使用。闸阀一般为全通径设计,流通阻力小,可通过清扫球和管道探测器。闸阀结构高度较高(一般为管径的3倍-5倍),适合管道埋深较深的情况。
球阀是靠旋转球体来使阀门启闭(开、闭只须旋转90°)。球阀开关轻便。体积小,可以做成很大口径,密封可靠,密封面与球面常在闭合状态,不易被介质冲蚀,在各行业得到广泛的应用。其结构简单、维修方便,全通径设计,流通阻力小,可通过清扫球和管道探测器。
碟阀是根据管子挡扳的原理设计的,其流动控制元件是一个有倾角的盘。圆盘固定在心轴上,并以旋转心轴来控制启闭,阀座固定于阀体壁上。其阀体为薄饼型,适用于调节介质流量。蝶阀结构体积小,重量轻,易操作,但流通阻力大且不能通过清扫球和管道探测器。
从以上结构特点及工作原理来分析,闸阀和球阀比较适合应用于天然气管道。
1.2安全性比较
随着技术水平的不断提高,各种闸阀的安全性也不断得到提高。平行双闸板闸阀内部装有阀杆保护套,使阀杆不受介质的侵蚀;壳体采用特殊设计的“鼠笼框架式加强筋”,减轻了阀门总体重量,增强了壳体强度和刚度;弹性密封闸阀采用弹性硬密封,阀门全开或全关时,密封圈完全把介质同阀门内腔隔离开来,使闸阀具有耐火、耐高温、耐腐蚀的特点。闸阀带有全封闭的启闭指示器,使操作者清楚了解閥门所处状态。
球阀也具有耐火性,耐高温的特性。火灾高温烧毁密封座上的聚四氟乙烯材料后,金属密封座及各个密封部位均能形成金属对金属的密封结构,阻止燃气介质扩散,防止灾情继续扩大;另外它还具有防静电结构,使球阀在启闭过程中形成的静电导入地下,避免静电积聚点燃介质,确保设备安全;球阀有限位加锁机构,可防止操作员误操作或非法操作。
碟阀的密封垫隔离宽度太窄,容易造成阀瓣关闭过程中过头或不到位,影响密封;另外,由于密封圈中部分是橡胶或聚四氟乙烯,在气体冲刷中易损坏或脱落,且遇火遇高温易损坏,使用年限短。
从以上的分析结果我们可以看出,无论从哪个角度来说碟阀都不太适用于埋地燃气管道。但因空间条件限制时,只能选用蝶阀。选蝶阀时应选用优质多偏心碟阀,密封材料选用聚四氟乙烯或硬密封,调试时必须准确调整到关闭位置。
闸阀和球阀从结构特性和安全性来说都比较适用于埋地天然气管道。但它们也都有各自的缺点。球阀从设计到制造都需要较高的技术水平,因此其造价较高。闸阀启闭时需要旋转很多圈,启闭用时较长。所以我们在选用阀门时应综合各方面的因素,在保证安全可靠的情况下,尽量地节约成本,从这个角度出发,我们应根据燃气特性和管线的使用压力合理选用阀门,既能满足管线的安全运行又能达到减少造价,物尽其用的目的。
2高压管线阀门选用的要求
四环高压管线是郑州是天然气输配系统的大动脉,输送的天然气压力高、流量大,如果因燃气阀门选型不当或质量不佳,以至引发的泄漏、停产事故,轻者影响社会正常生活、生产,重者给国家、人民生命财产带来重大损失。管线一旦投入运行,输送的天然气面对着整个城市的大量用户,有居民、企业、工厂等,特别是以天然气为原料的企业用户,不允许有片刻间断。串联在管道上的管线阀门一旦失灵,后果不堪设想。在长输管线阀门中,尤以管线球阀使用居多。在国家重点管道工程中,主干线截断阀全部采用进口大口径全焊接球阀,要求使用寿命必须达到30年及以上。高压管线对球阀的选用重点要考虑以下几个方面的要求:
2.1强度和韧性
阀门除了承受内部介质压力之外,尚需承受地基承载,由于环境温度变化而引起的轴向拉力和压力,考虑滑坡,地面沉降,洪水而引起的外部载荷,需考虑材料低温冲击韧性,防止低温脆性断裂。对于全焊接阀体球阀,焊缝及热影响区,需要按照断裂力学理论,考虑其断裂韧性。
2.2可靠的密封性能
天然气阀门的泄漏量要求十分严格,CJ3055-95《城镇燃气阀门的实验与检验》标准规定:软密封阀门在1.1倍公称额定使用压力下不允许有任何察觉的内泄漏、硬密封阀门在1.1倍公称额定使用压力下允许的内泄漏量小于0.3DNmm3/s。至于外泄漏是绝对不允许的。通常埋地和较重要的阀门都采用阀体全焊式结构。为了保证管线阀门的密封性能,要求密封垫具有优良的耐腐蚀性、耐磨性、自润性及弹性。
2.3耐腐蚀性能
使用于地下管网的燃气阀门的壳体要耐腐蚀,建议根据管线的输送介质和使用压力采用不同的壳体材质。采用全焊阀体结构,管道阴极接地和外表面防腐,来防止地下水的电位腐蚀和应力腐蚀。
2.4结构合理
埋地燃气阀门应为全通径设计,降低流阻,便于通过管道清扫器或管道探测器,同时节约运行成本;尽可能降低结构高度以便节约安装成本;阀门顶部应装有全封闭的启闭指示器,便于操作者随时看清阀门所处状态,以避免误操作。
2.5操作和维护
地下管线阀门绝大多数为人力启闭,要求阀门的启闭扭矩小,全程转圈数不能太多,事故发生后能够尽快切断气源。阀门的零部件设计应考虑采用少维护、免维护结构,尽可能减少检修保养的工作量。
3全焊接直埋式球阀的特点
目前,部分国内厂家通过技术引进或自主研发的方式,已实现全焊接球阀的国产化,改变了全焊接球阀完全依赖进口的局面。全焊接直埋式球阀的各部分是由管道挤压成型后焊接而成,阀体焊接工序是产品组装后进行,是最后一道工序。焊接后不再允许拆卸,是免维护型阀门,与燃气管道连接时采用焊接。与分段式球阀相比,具有以下优点:
1)球体和阀体均一次挤压成型焊接,质量轻,承压高,阀体不会有外部泄漏等现象。
2)由于阀体材料跟管道材质一样,阀门直接焊接在管道上时,不会出现焊口受力、应力不均,也不会由于地震及车辆经过地面时而产生变形,焊口疲劳而受损、裂口等现象。
3)阀座是由碳化特氟隆密封环及弹簧构成的,所以对压力和温度的变化适应能力强,在标注压力和温度范围内不会产生任何泄滑,同时阀门不受流体流向的影响。
4)可根据管道的施工及设计要求,调整阀体的长短和阀杆的高度。球阀可以直接埋于地下,不用建高大型阀门井,只需在地面上设置小型浅井,大大节省施工费用及工程时间,而且可以在地面上操作。
5)根据管道系统介质的需要,阀门设了放散、排污、防水装置,设有调节压力的卸压阀和润滑密封剂注入口。
6)阀杆直接连接在阀体内,不会出现从阀杆处泄漏等现象。阀杆衬套不受流体压力的影响,始终能轻松自如地转动。
7)阀体外壳涂有耐热、耐湿、高强度防锈漆,以防止阀体外壳的腐蚀。
4全焊接直埋式球阀的应用
四环高压管线走向沿城市绕城公路,车辆及行人通行密集,道路的情况也非常复杂。采用全焊接直埋式球阀(如上图所示),将阀门和管道一样直埋在地下,只需要在阀杆上端与操作手柄连接的部位设置一小型阀门井即可。该设计方案最大化减少阀门控制所占空间,并且大大节省施工费用及工程时间。操作者不需要进入地下,只需在地上进行传动操作即可开关阀门,非常安全方便。
参考文献
[1]邓菊香.天然气管线阀门的特点和选用.流体机械,2005,08.
[2]郭雷.阀门产品的技术发展前景和潜在市场,通用机械,2004,07.
[3]杨长山.全焊接直埋式球阀在燃气管道上的应用.煤气与热力,2003,08.
作者简介
高温阀门填料研究与应用 第3篇
阀门是现代工业中一种常见的机械产品。作为流体传输系统中的关键性控制部件, 因其具有的截止、调节、稳压、分流等功能, 其主要应用于锅炉、蒸汽管道、炼油、化工、火力以及冶金等领域。现代工业对阀门密封的可靠性提出了越来越高的要求, 密封性能是评定阀门产品质量的一个重要技术指标。高温阀门是指工作温度高于250℃的阀门, 高温阀门的阀杆填料密封技术一直是多年来未解决的突出问题, 也是提高阀门可靠性的薄弱环节之一。常见的高温阀门阀杆填料密封一般存在的密封不足或过度密封的情况, 在长时间运行中阀门阀杆处容易出现泄漏, 易燃易爆、剧毒等危险物的泄漏不仅会造成装置停工和经济损失, 而且会引起环境污染, 甚至人员伤亡事故, 给装置的运行带来很大的风险。
1 阀门填料密封的原理
阀门的密封性能是评定阀门质量性能的一个重要指标。现在大部分的调节阀或者通用阀门阀杆和填料密封为接触式密封, 因其结构简单、装配及更换方便、成本低廉而被广泛采用。
阀门中阀杆和填料处的泄漏又是常见的现象。填料之所以能起到密封的作用, 其原理现在主要存在两大密封观点, 分别是“轴承效应”和“迷宫效应”。
填料的“轴承效应”是指在盘根填料和阀杆之间, 挤压填料以及在外部的润滑剂作用下, 因为张力在阀杆的接触面形成一层液膜, 使填料和阀杆形成类似于滑动轴承的关系, 这样填料和阀杆就不会因为过度摩擦而出现磨损, 同时因为液膜存在, 填料和阀杆时刻处于密封状态。
填料的“迷宫效应”则是指阀杆的表面平整程度无法达到微观水平, 填料和阀杆只能部分贴合而做不到完全贴合, 在填料和阀杆之间永远存在着极为微小的间隙, 又因填料间的切口不对称装配, 这些间隙一起形成了迷宫带, 介质在其中被多次节流、降压, 而达到密封的作用。
填料密封中的“迷宫效应”所指的阀杆的表面平整程度无法达到微观水平, 阀杆和填料间的微小间隙这是客观存在的, 无法消除, 如果从这方面进行填料密封设计, 往往效果不是很理想, 而这是造成多空间泄漏或动力泄漏的基本条件。密封介质通过填料和阀杆泄漏机理有很多形式:腐蚀间隙泄漏机制、多孔泄漏机制、动力泄漏机制等。本文对于高温工况下的阀门填料密封结构的改进设计是基于上述多种泄漏机制, 提出切实可行的改进方案。
2 目前常见的填料类型以及应用场合
2.1 聚四氟乙烯盘根 (图1)
聚四氟乙烯盘根是以纯聚四氟乙烯分散树脂为原料, 先制成生料薄膜, 再经过捻线, 编强织成盘根.这种盘根无其它添加物, 可广泛用于食品、制药、造纸化纤等有较高清洁度要求, 和有强腐蚀性介质的阀门、泵上。
适用范围:最高使用温度:260℃, 最大使用压力:2.0MPa, pH值:0-14。
2.2 膨胀石墨盘根 (图2)
膨胀石墨盘根又称柔性石墨盘根采用柔性石墨线经穿心编织而成。膨胀石墨盘根具有良好的自润滑性及导热性, 摩擦系数小, 通用性强, 柔软性好, 强度高, 对轴杆有保护作用等优点。
适用范围:最高使用温度:600℃, 最大使用压力:20MPa, pH值:0-14。
2.3 增强型石墨盘根 (图3)
增强型石墨盘根采用玻璃纤维、铜丝、不锈钢丝、镍丝, 茵苛镍合金丝等材料增强的纯膨胀石墨线编织而成。具有膨胀石墨的各项特性, 而且通用性强, 柔软性好, 强度高。与一般的编织盘根组合, 是解决高温, 高压密封难题的最有效的密封元件之一。
适用范围:最高使用温度:550℃, 最大使用压力:32MPa, pH值:0-14。
该盘根是膨胀石墨盘根的增强版, 是非常优秀的密封材料。
以上列举了常见的几种填料盘根的类型, 实际生产过程中还会遇到针对特殊工况研发的其他种类填料盘根。例如较好耐化学性的芳纶纤维盘根;适合高负荷旋转轴的芳纶碳纤维混编制盘根等等, 本文限于篇幅, 就不一一详细介绍。
3 常见阀门填料结构和选择
常见的阀杆填料密封结构如图4所示, 主要有压板、压盖、隔套、填料等组成。为了达到良好的密封效果, 一般要求填料具有组织致密, 化学稳定性好, 摩擦系数低等特点。一般在温度低于200℃, 填料常选用聚四氟乙烯盘根, 其具有的高润滑、不粘性、电绝缘性和良好的抗老化等特点, 广泛用于石油、化工、制药等领域。
在200°到450°温度工况下, 石墨盘根因具有耐高温、自润滑、低摩擦系数等特点, 被广泛选用。石墨盘根根据用途已研制出各种分类, 在实际应用中, 填料可根据实际工况条件选择合适的石墨盘根类型, 例如250℃、低压工况场合可选择膨胀石墨盘根, 中、高压可选择增强型石墨盘根或者两者组合使用。
4 高温阀门填料结构外漏分析
在高温工况下, 如选用图4所示石墨盘根密封结构, 很容易出现外漏情况。经分析原因如下:
石墨盘根装入填料函内, 通过填料压盖上紧固螺栓松紧来施加对填料的轴向压力。由于填料具有一定程度的可塑性, 受轴向压力后产生径向压力和微变形, 内孔与阀杆紧密贴合, 但是这种贴合上下不是均匀的。通过图5的填料压力分布图A和填料密封力分布图B可知, 填料函中上部填料和下部填料受介质压力是不均匀的。直接导致两部分填料塑性变形不一致, 容易出现填料与阀杆的局部密封过度或者密封不足, 同时靠近压盖处受的径向压紧力最大, 所带来的填料与阀杆的摩擦力也最大, 在此处阀杆和填料容易出现磨损。
在高温情况下, 温度越高, 石墨盘根膨胀越大, 摩擦力也随之加大, 高温所带来的散热不及时, 加速了阀杆和填料的磨损率, 这也是高温阀门填料容易出现外漏的主要原因。
5 高温阀门填料结构的改进设计
高温工况下的阀门填料最容易出现外漏的情况, 高温填料一般选择膨胀石墨盘根为主。膨胀石墨填料的自润滑性和膨胀性好、回弹系数高, 但缺点是易碎、抗剪切力差, 一般安装在填料函的中间部分, 防止膨胀石墨填料受到填料压盖和底部压垫的挤压而损坏;增强型石墨盘根因含有镍丝等, 结实抗挤压, 故可以安装在顶部和底部。
虽然利用膨胀石墨和增强型石墨盘组合解决部分高温下填料外漏的情况。但是对于阀门动作比较频繁的工况, 石墨盘根磨损率比较高, 使用一段时间后需要人工紧填料函上的紧固螺栓, 对于人工和排查都带来了比较大的问题。基于上述问题的考虑, 我司结合国内外文献以及经验的积累近年来研制一种补偿性的阀门填料结构, 特别针对高温低压、以及高温高压的不同工况, 针对性的开发不同的高温填料结构, 一举解决了阀门在高温工况下容易外漏的情况。
高温低压型 (图6) , 采用特制补偿性圈形弹簧和组合式石墨盘根相结合。
工况压力不高故取消填料隔套, 填料函底部加入特制补偿性圈形弹簧, 安装时需紧固螺栓预加一定的预紧力。即使石墨填料和阀杆出现摩擦性磨损, 圈形弹簧能即时作出相应的补偿性调节, 保证阀门发生外漏情况。
高温高压型 (图7) , 这是一种先进的填料系统, 采用碟形弹簧和圈形弹簧外置双补偿结构, 能够避免温度过高使弹簧失效的优点, 尤其在高温、高压情况下极端工况下, 某处补偿点失效, 另一组补偿依然有效, 两者不干涉, 单独补偿但同时对填料起作用。碟形弹簧的封闭性也有利于在恶劣户外条件下使用, 两处补偿点的外置结构也有利于更换, 无需拆卸整个填料函, 大大提高效率以及方便操作。经过长期用户跟踪, 此类型填料结构对于高温、高压下的阀杆密封防止防止外漏效果明显, 使用寿命长。
6 结束语
在实际使用工况中, 引起阀门的外漏因素有很多, 填料和阀杆之间的密封是重要因素之一。本文简单介绍了常见填料的分类、选择以及密封结构, 特别是高温情况下的填料密封结构以及对应高、低压的不同选择, 重点介绍了高温下先进的补偿性填料密封结构以及原理。填料密封没有一劳永逸的密封结构, 根据实际工况, 选择合适的填料类型和对应的密封结构才能最大限度的保证密封性能和使用寿命。
摘要：简单介绍阀杆和填料密封的机理, 以及常见的密封材料和常用阀门的填料密封结构。指出了如何选择多种密封材料的组合搭配以及注意事项。重点分析在高温工况下, 对应不同压力设计的弹性补偿填料密封结构。
关键词：高温阀门,填料密封,弹性补偿
参考文献
[1]刘后佳.密封技术[M].长沙:湖南科技出版社, 1981.
[2]仝文科, 黄清世, 陈小军, 等.填料密封机理分析[J].液压与气动, 2007, (2) :81-83.
高压阀门密封盘根的选用与更换 第4篇
一、高压阀门盘根的性能要求
(1) 密封盘根编织致密。介质对大部分的纤维都存在渗透性, 编织致密的盘根机械性能强, 能够很好的防止介质的渗透以及对盘根的破坏。
(2) 抗磨损能力强、密封周期长。盘根要紧密的贴紧阀杆, 才能防止介质的外漏, 但是盘根对阀杆的压力越大, 产生的磨损就越厉害, 因此盘根要有非常好的抗磨损能力, 即使应用于压力很高, 开关很频繁的阀门中也不至于产生严重的磨损。
(3) 自润滑性能好、不影响阀门的开关。盘根耐磨性强, 能够保证阀门开关频繁时盘根不会产生严重的磨损, 但是盘根依然对阀杆的往复运动产生巨大的阻力, 因此要保证盘根的润滑性, 这样也可以有效的减缓盘根和阀杆的磨损。
二、阀门密封盘根的材料
1. 普通盘根
(1) 天然纤维类盘根。主要包括棉、麻和毛, 这是最早应用到盘根的纤维, 这类盘根材料造价低廉、来源广泛, 但是密封性能并不理想, 随着盘根制造工艺的进步这类盘根的应用范围已逐渐缩小。
(2) 矿物纤维类盘根。主要指石棉盘根, 这类盘根密封效果好, 用于弱酸碱、液氨、水、油品介质的阀门, 作静密封防腐密封效果最佳。但是由于石棉纤维能引起石棉肺、胸膜间皮瘤等疾病, 并且生产过程严重污染环境, 许多国家选择了全面禁止使用这种危险性物质。
(3) 合成纤维类盘根。这类盘根集合了众多材料的盘根的优点, 但单价也相对较高。
2. 适用于高压阀门的盘根
(1) 石墨系列。石墨盘根以石墨为主体材料编制而成。具有良好的自润滑性及导热性, 摩擦系数小, 通用性强, 柔软性好, 强度高, 对轴杆有保护作用等优点, 被称为“万能盘根”。根据应用环境的不同, 编织时可以使用衬金属丝的方式加强其机械强度以更好的胜任高压阀门要求。适用于高温高压工况下阀杆的密封。
(2) 碳纤维系列。该系列盘根主要以碳纤维为主要材料, 碳纤维是一种力学性能优异的新材料, 碳纤维无蠕变, 耐疲劳, 热膨胀系数小, 有很好的耐腐蚀性。更适用于高温高压且开关频繁的阀门阀杆的密封。
(3) 合成纤维系列。这类盘根由高品质的合成纤维编织而成, 结构细密, 具有极好的耐高温高压性能、低导热系数、非燃烧性等优点。广泛应用在超高温、高压的恶劣环境, 适合于一些在燃烧环境下工作的阀门。
三、盘根的更换
1. 清除旧盘根
阀门盘根需要更换时, 首先要把旧盘根清除干净, 由于高压盘根本身致密且长期受压, 在清除旧盘根时很容易损伤阀杆、密封盘, 尤其是阀杆, 即便是非常细微的刮伤也会造成阀门内的介质大量渗透到盘根内造成盘根失效或变硬, 进而加剧阀杆的损坏。旧盘根清除不干净还会影响新盘根安装后的密封效果。
2. 盘根安装方式
(1) 截取合适的长度并且首/尾对角45°切割, 制作成型, 将切割好的成型环依次压进密封腔内, 两个盘根环切口结合处依次错开180°直至密封腔填满盘根, 将压盖紧固。这种办法能使所有的盘根非常均匀的受力, 但是这种更换盘根的方式首先要测量所需盘根的长度并且逐条切割, 由于测量和切割误差, 安装时因盘根的长度不合适造成盘根失效或者盘根浪费现象。以这种方式安装的盘根更换起来也很麻烦, 要一根根的取出, 尤其是最后的几根盘根操作空间狭小, 即使使用专业工具, 操作起来也是费时费力。若直接采购成型环, 虽然能够保证其接口的完整有效密封, 但不止是单价提高, 且成型环的使用范围比盘根因此, 这种方式不是方便快捷的安装方式。
(2) 将盘根的一端切割一道锐角切口, 置于阀杆密封腔底部, 然后像压缩弹簧一样缠绕到阀杆上, 再将另一端切割出一道锐角接口, 两条接口错开90°以最大限度的避免盘根因受力不均匀而造成阀门泄露, 盘根两端锐角的制作质量将直接影响盘根的使用效果。这种办法安装拆卸盘根简单快捷, 但容易造成盘根受力不均匀。
无论采用何种安装方式都必须将阀杆清理干净, 打磨光滑后将阀杆和盘根腔壁涂抹一层油脂, 最好也将盘根用润滑油进行浸泡, 这样可以在很长一段时间内保证其润滑性。
3. 盘根维修注意事项
高温阀门设计思路及技术要点的分析 第5篇
在流体输送系统当中, 阀门是不可或缺的控制部件, 其主要具有调节、导流、防逆流、截止、分流等功能, 阀门在工业和民用领域中的应用非常广泛。高温阀门是阀门中较为常用的一种类型, 它的具体性能如下[1]:淬火性能较好, 可以进行深度淬火;熔接性好;对冲击具有良好的吸收性能, 很难通过暴力对其造成破坏;对回火脆性倾向较少等等。高温阀门的种类相对较多, 比较常见的有高温蝶阀、高温球阀、高温过滤器、高温闸阀等等。在水暖器材中, 高温球阀的应用较多, 下面本文重点对此类阀门的结构设计技术要点进行论述。
2 高温阀门的设计思路及技术要点
2.1 双面密封设计技术要点
良好的耐磨性是高温球阀应当具备的一个基本性能, 若是球阀出现微量的泄漏, 流动的介质可能会对阀门密封面造成破坏, 从而导致阀门失效。为满足高温球阀对密封性能的要求, 下面本文提出一种双面密封结构的设计思路, 这种结构即使一对密封副失效, 另一对密封副仍然可以使球阀保持良好的密封性能[2]。
1) 密封副的选择。为确保密封副的耐磨性, 其材质可选用2Cr13, 并对其进行渗碳耐磨硬化处理, 同时为进一步提升球体与阀座密封面的耐磨性, 可在密封面成型之后, 在其上沉积一层陶瓷膜。2) 圆板弹簧。这是高温球阀中的关键部件之一, 其高温性能的稳定性与阀门的密封性能有着非常密切的关系。若是圆板弹簧在高温条件下出现应力松弛, 则会导致阀门泄漏, 严重是会引起阀门失效。所以用于高温球阀的圆板弹簧必须具备良好的高温稳定性。可选择高温性能较为优异的镍洛合金作为弹簧的材料, 试验结果显示, 这种材料的耐热温度能够达到700℃左右。3) 密封面宽度。在高温阀门的设计中, 阀门密封面宽度的确定是重点环节, 其直接关系到阀门的使用寿命和结构尺寸。从确保阀门密封的可靠性及延长其使用寿命的角度出发, 密封面的宽度取值应当使密封力在该宽度的密封面上所形成的密封比压满足密封比压的判别条件, 即:
上式中:q代表密封比压 (单位:bar) ;qb电表密封必需比压 (bar) ;[q]代表许用比压 (bar) 。
2.2 阀体设计的技术要点
由于高温球阀的阀体内腔中需要衬耐磨涂层, 故此阀体采用三组合式结构。
1) 阀体材料。阀体较为常用的材料有以下几种:碳素钢、高温铬钼铸钢、马氏体耐热铸钢、不锈耐酸铸钢等等[3]。在高温球阀的阀体设计中, 可依据流体介质的腐蚀性、温度、压力等条件, 选择最为适合的阀体材料。2) 阀体壁厚。在高温球阀当中, 阀体作为承压部件, 其壁厚与阀门的使用安全性有关, 所以, 对必须对壁厚的确定予以重视。
2.3 阀杆密封设计技术要点
高温球阀的阀杆密封设计, 采用锥形柔性石墨环组合填料密封结构, 在装料箱中, 填料的最上和最下层均采用柔性石墨编织填料, 位于中间的三层则采用密度相对较低的锥形柔性石墨环, 并在两者之间装有高密度的柔性石墨环, 其与低密度柔性石墨环通过斜面相接触, 由此能够使阀门阀杆处达到良好的密封效果。
2.4 阀体内耐磨涂层的设计要点
由于设计的球阀需要耐高温, 所以阀体内部的耐磨涂层必须具备在高温条件下工作的特点, 所以在耐磨涂层的选择上, 必须充分其硬度和韧性。为了达到这一要求[4], 可以采用超音速火焰喷涂工艺, 在高温球阀阀体内腔喷涂一层WC-Co涂层, 材料可以选用WC-17%Co, 其耐冲蚀性能较好, 并且还具有良好的抗热震性能, 能满足高温环境下的使用要求, 由此能够确保高温球阀在300℃的高温条件下涂层不会受热脱落。
3 结束语
综上所述, 在工业和民用领域当中, 高温阀门的应用十分广泛, 尤其是高温球阀, 本文以提高高温球阀的可靠性和使用寿命为立足点, 对高温球阀的设计技术要点进行了简要论述。
摘要：笔者首先简要阐述了高温阀门的性能及其分类;在此基础上, 以高温阀门中最常用的球阀为例, 对其设计思路及技术要点进行论述。期望通过笔者的研究能够为高温阀门性能的提升提供参考。
关键词：高温阀门,设计,技术
参考文献
[1]徐登伟.高温高压先导式蒸汽阀门流体结构设计研究[J].兰州理工大学学报, 2012, (10) :68-70.
[2]张瀚宇.建筑暖通空调领域中高温高压阀门的设计与应用浅析[J].建筑节能技术, 2013, (9) :77-79.
[3]李卫东.试论基于高温场合的流体控制阀门的结构设计与改进措施[J].高温高压技术, 2014, (3) :55-57.
