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金屬密封電動(dòng)封蝶閥在低溫中的應(yīng)用
[ 2017-02-27 ]
眾所周知，金屬密封電動(dòng)蝶閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕（與相同壓力，相同通徑的閘閥相比可減輕40%～50%）流體阻力小、啟閉迅速等一系列優(yōu)點(diǎn)。但我國(guó)一些低溫裝置如天燃液化設(shè)備、空氣分離設(shè)備以及變壓吸附設(shè)備等化工行業(yè)所采用的電動(dòng)閥門(mén)有80%以上是電動(dòng)截止閥或電動(dòng)閘閥，采用蝶閥的數(shù)量很少。
分析其原因主要是過(guò)的金屬密封電動(dòng)蝶閥在低溫狀況下密封性能不良，以及其它一些因結(jié)構(gòu)不合理等原因造成介質(zhì)內(nèi)漏和外漏，嚴(yán)重的影響這些低溫設(shè)備的安全和正常運(yùn)行，不能滿足低溫設(shè)備的要求。
根據(jù)我國(guó)低溫裝置的不斷發(fā)展，對(duì)低溫閥門(mén)的要求日益增大，為適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，對(duì)金屬密封電動(dòng)蝶閥進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，研制出一種三偏心純金屬高密封性能的電動(dòng)蝶閥（圖一、現(xiàn)已申報(bào)國(guó)家專(zhuān)利）無(wú)論介質(zhì)是高溫還是低溫均能滿足其需要?，F(xiàn)結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，僅對(duì)低溫性能方面作簡(jiǎn)單介紹。
一、對(duì)低溫電動(dòng)碟閥密封性能的要求
低溫電動(dòng)閥門(mén)產(chǎn)生泄漏的原因主要有兩種情況，一是內(nèi)漏；二是外漏。
1）閥門(mén)產(chǎn)生內(nèi)漏主要原因是密封副在低溫狀態(tài)下產(chǎn)生變形所致。當(dāng)介質(zhì)溫度下降到使材料產(chǎn)生相變時(shí)造成體積變化，使原本研磨精度很高的密封面產(chǎn)生翹曲變形而造成低溫密封不良。我們?cè)鴮?duì)DN250閥門(mén)進(jìn)行低溫試驗(yàn)，介質(zhì)為液氮（-196℃）蝶板材料為1Cr18Ni9Ti（沒(méi)經(jīng)過(guò)低溫處理）發(fā)現(xiàn)密封面翹曲變形量達(dá)0.12mm左右，這是造成內(nèi)漏的主要原因。
新研制的金屬密封電動(dòng)蝶閥由平面密封改為錐面密封。閥座是一個(gè)斜圓錐橢圓密封面，與嵌裝在蝶板上的正圓形彈性密封環(huán)組成密封副。密封環(huán)可在蝶板槽內(nèi)徑向浮動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，彈性密封環(huán)首先和橢圓密封面的短軸接觸，隨著閥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸將密封環(huán)向內(nèi)推，迫使彈性環(huán)再和斜圓錐面的長(zhǎng)軸接觸，最終導(dǎo)致彈性密封環(huán)與橢圓密封面全部接觸。它的密封是依靠彈性環(huán)產(chǎn)生變形而達(dá)到的。因此當(dāng)閥體或蝶板在低溫下產(chǎn)生變形時(shí)，都會(huì)被彈性密封環(huán)來(lái)吸收補(bǔ)償，不會(huì)產(chǎn)生泄漏和卡死現(xiàn)象。當(dāng)閥門(mén)打開(kāi)時(shí)這一彈性變形立即消失，在啟閉過(guò)程中基本沒(méi)有相對(duì)磨擦，故使用壽命長(zhǎng)。
2）電動(dòng)閥門(mén)的外漏：其一是閥門(mén)與管路采用法蘭連接方式時(shí)，由于連接墊料、連接螺栓、以及連接件在低溫下材料之間收縮不同步產(chǎn)生松弛而導(dǎo)至泄漏。因此我們把閥體與管路的連接方式由法蘭連接改為焊接結(jié)構(gòu)，避免了低溫泄漏。其二是閥桿與填料處的泄漏。一般多數(shù)閥門(mén)的填料采用F4，因?yàn)樗淖曰阅芎谩⒛Σ料禂?shù)?。▽?duì)鋼的摩擦系數(shù)f=0.05～0.1），又具有獨(dú)特的化學(xué)穩(wěn)定性，因此得到廣泛應(yīng)用。但F4也有不足之處，一是冷流傾向大；二是線膨脹系數(shù)大，在低溫下產(chǎn)生冷縮導(dǎo)致滲漏，造成閥桿處大量結(jié)冰，至使閥門(mén)開(kāi)啟失靈。為此研制的低溫蝶閥采用自縮密封結(jié)構(gòu)即利用F4膨脹系數(shù)大的特點(diǎn)，通過(guò)予留的間隙達(dá)到常溫、低溫都可以密封的目的。
二、閥體、閥桿軸襯的設(shè)計(jì)要求
1）低溫閥門(mén)殼體結(jié)構(gòu)形狀。材料選擇的正確與否對(duì)閥門(mén)的正?？煽抗ぷ饔兄鴺O其重要的意義。電動(dòng)蝶閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與電動(dòng)截止閥、電動(dòng)閘閥相比，不但避免了因形狀不規(guī)則，殼體壁厚不均勻，在低溫下產(chǎn)生的冷縮，溫差應(yīng)力所引起的變形，而且由于電動(dòng)蝶閥體積小，閥體形狀左右基本是的稱(chēng)的，因而熱容量??；予冷量消耗也小；形狀規(guī)則又便于對(duì)閥門(mén)的保冷措施。如新研制的D943H型碟閥為保證閥門(mén)在低溫下的可靠使用，完全按照低溫閥的特殊性進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，如：殼體材料選擇了具有立方晶格的1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼等。
2）閥桿襯套的選擇：根據(jù)用戶反映，有些低溫閥門(mén)在運(yùn)行當(dāng)中，閥門(mén)的轉(zhuǎn)動(dòng)部位發(fā)生粘滯，咬合現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，主要原因是：配對(duì)材料選擇不合理，予留冷間隙過(guò)小，以及加工精度等原因所致。在研制低溫閥門(mén)時(shí)，采取了一系列措施，防止出現(xiàn)以上現(xiàn)象。例如：我們對(duì)閥桿上、下軸襯選用了具有摩擦系數(shù)小及自潤(rùn)滑性能的SF-1型復(fù)合軸承，這樣可以適用于低溫閥門(mén)的一些特殊需要。
金屬密封電動(dòng)蝶閥具有的特點(diǎn)是一些普通電動(dòng)閥門(mén)所不具備的。尤其是流阻小、密封可靠、啟閉迅速、使用壽命長(zhǎng)等。本公司研制的三偏心金屬密封電動(dòng)蝶閥的密封力來(lái)自彈性環(huán)的變形達(dá)到密封，因而不需要借助介質(zhì)作用力，故可做雙向密封用。根據(jù)金屬密封電動(dòng)蝶閥的一些特點(diǎn)將會(huì)被更多的人所重視。今后也會(huì)有更多的電動(dòng)蝶閥應(yīng)用到低溫設(shè)備中。
分析其原因主要是過(guò)的金屬密封電動(dòng)蝶閥在低溫狀況下密封性能不良，以及其它一些因結(jié)構(gòu)不合理等原因造成介質(zhì)內(nèi)漏和外漏，嚴(yán)重的影響這些低溫設(shè)備的安全和正常運(yùn)行，不能滿足低溫設(shè)備的要求。
根據(jù)我國(guó)低溫裝置的不斷發(fā)展，對(duì)低溫閥門(mén)的要求日益增大，為適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，對(duì)金屬密封電動(dòng)蝶閥進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，研制出一種三偏心純金屬高密封性能的電動(dòng)蝶閥（圖一、現(xiàn)已申報(bào)國(guó)家專(zhuān)利）無(wú)論介質(zhì)是高溫還是低溫均能滿足其需要?，F(xiàn)結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，僅對(duì)低溫性能方面作簡(jiǎn)單介紹。
一、對(duì)低溫電動(dòng)碟閥密封性能的要求
低溫電動(dòng)閥門(mén)產(chǎn)生泄漏的原因主要有兩種情況，一是內(nèi)漏；二是外漏。
1）閥門(mén)產(chǎn)生內(nèi)漏主要原因是密封副在低溫狀態(tài)下產(chǎn)生變形所致。當(dāng)介質(zhì)溫度下降到使材料產(chǎn)生相變時(shí)造成體積變化，使原本研磨精度很高的密封面產(chǎn)生翹曲變形而造成低溫密封不良。我們?cè)鴮?duì)DN250閥門(mén)進(jìn)行低溫試驗(yàn)，介質(zhì)為液氮（-196℃）蝶板材料為1Cr18Ni9Ti（沒(méi)經(jīng)過(guò)低溫處理）發(fā)現(xiàn)密封面翹曲變形量達(dá)0.12mm左右，這是造成內(nèi)漏的主要原因。
新研制的金屬密封電動(dòng)蝶閥由平面密封改為錐面密封。閥座是一個(gè)斜圓錐橢圓密封面，與嵌裝在蝶板上的正圓形彈性密封環(huán)組成密封副。密封環(huán)可在蝶板槽內(nèi)徑向浮動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，彈性密封環(huán)首先和橢圓密封面的短軸接觸，隨著閥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸將密封環(huán)向內(nèi)推，迫使彈性環(huán)再和斜圓錐面的長(zhǎng)軸接觸，最終導(dǎo)致彈性密封環(huán)與橢圓密封面全部接觸。它的密封是依靠彈性環(huán)產(chǎn)生變形而達(dá)到的。因此當(dāng)閥體或蝶板在低溫下產(chǎn)生變形時(shí)，都會(huì)被彈性密封環(huán)來(lái)吸收補(bǔ)償，不會(huì)產(chǎn)生泄漏和卡死現(xiàn)象。當(dāng)閥門(mén)打開(kāi)時(shí)這一彈性變形立即消失，在啟閉過(guò)程中基本沒(méi)有相對(duì)磨擦，故使用壽命長(zhǎng)。
2）電動(dòng)閥門(mén)的外漏：其一是閥門(mén)與管路采用法蘭連接方式時(shí)，由于連接墊料、連接螺栓、以及連接件在低溫下材料之間收縮不同步產(chǎn)生松弛而導(dǎo)至泄漏。因此我們把閥體與管路的連接方式由法蘭連接改為焊接結(jié)構(gòu)，避免了低溫泄漏。其二是閥桿與填料處的泄漏。一般多數(shù)閥門(mén)的填料采用F4，因?yàn)樗淖曰阅芎谩⒛Σ料禂?shù)?。▽?duì)鋼的摩擦系數(shù)f=0.05～0.1），又具有獨(dú)特的化學(xué)穩(wěn)定性，因此得到廣泛應(yīng)用。但F4也有不足之處，一是冷流傾向大；二是線膨脹系數(shù)大，在低溫下產(chǎn)生冷縮導(dǎo)致滲漏，造成閥桿處大量結(jié)冰，至使閥門(mén)開(kāi)啟失靈。為此研制的低溫蝶閥采用自縮密封結(jié)構(gòu)即利用F4膨脹系數(shù)大的特點(diǎn)，通過(guò)予留的間隙達(dá)到常溫、低溫都可以密封的目的。
二、閥體、閥桿軸襯的設(shè)計(jì)要求
1）低溫閥門(mén)殼體結(jié)構(gòu)形狀。材料選擇的正確與否對(duì)閥門(mén)的正?？煽抗ぷ饔兄鴺O其重要的意義。電動(dòng)蝶閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與電動(dòng)截止閥、電動(dòng)閘閥相比，不但避免了因形狀不規(guī)則，殼體壁厚不均勻，在低溫下產(chǎn)生的冷縮，溫差應(yīng)力所引起的變形，而且由于電動(dòng)蝶閥體積小，閥體形狀左右基本是的稱(chēng)的，因而熱容量??；予冷量消耗也小；形狀規(guī)則又便于對(duì)閥門(mén)的保冷措施。如新研制的D943H型碟閥為保證閥門(mén)在低溫下的可靠使用，完全按照低溫閥的特殊性進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，如：殼體材料選擇了具有立方晶格的1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼等。
2）閥桿襯套的選擇：根據(jù)用戶反映，有些低溫閥門(mén)在運(yùn)行當(dāng)中，閥門(mén)的轉(zhuǎn)動(dòng)部位發(fā)生粘滯，咬合現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，主要原因是：配對(duì)材料選擇不合理，予留冷間隙過(guò)小，以及加工精度等原因所致。在研制低溫閥門(mén)時(shí)，采取了一系列措施，防止出現(xiàn)以上現(xiàn)象。例如：我們對(duì)閥桿上、下軸襯選用了具有摩擦系數(shù)小及自潤(rùn)滑性能的SF-1型復(fù)合軸承，這樣可以適用于低溫閥門(mén)的一些特殊需要。
金屬密封電動(dòng)蝶閥具有的特點(diǎn)是一些普通電動(dòng)閥門(mén)所不具備的。尤其是流阻小、密封可靠、啟閉迅速、使用壽命長(zhǎng)等。本公司研制的三偏心金屬密封電動(dòng)蝶閥的密封力來(lái)自彈性環(huán)的變形達(dá)到密封，因而不需要借助介質(zhì)作用力，故可做雙向密封用。根據(jù)金屬密封電動(dòng)蝶閥的一些特點(diǎn)將會(huì)被更多的人所重視。今后也會(huì)有更多的電動(dòng)蝶閥應(yīng)用到低溫設(shè)備中。
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