高温高压偏心半球阀的密封结构设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)河南泉舜流体控制科技有限公司 作者:李广军

  论述了高温高压偏心半球阀的工作原理,介绍了半球阀密封副的自密封结构设计和制造要点。

1、概述

  偏心半球阀具有启闭迅速,轻便,流阻小,关闭时利用楔形原理能够清除结垢,便于气控和电控等优点,得到各行各业广泛应用。针对偏心半球阀在高温高压工况下的应用,设计了一种新型的密封副自密封结构。

2、工作原理

  偏心半球阀( 图1) 阀体和半球体回转中心( 即阀杆轴线) 与半球体密封球面的几何中心偏置一个径向尺寸,还与阀座密封面在阀体通道轴线上有个偏置尺寸。偏心半球阀依靠两个偏心实现自锁关闭,偏心的合理选配使得自锁角小于摩擦角。自锁角选的太小关闭容易,但开启困难。自锁角度选的大,开启力小,但关闭力矩增大。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为应反复试验,确定合理的偏心量,保证可靠的自锁密封性能。

  偏心半球阀密封副的特点是阀门关闭时,阀座压盖压紧碟簧,由碟簧推动密封压盖和阀座向半球体压紧,并使碟簧在设计变形范围内,使密封副之间的作用力达到密封必须比压,真空技术网认为这样可以保证阀门在低压时不发生内漏现象。在阀门启闭过程中,阀座、密封压盖和密封圈作为一个构件随着半球体开启角度的变化在管道轴线方向适量悬浮移动,在介质压力作用下向半球体压紧,其向阀瓣压紧的作用力随着介质压力的升高而增大,从而达到自密封效果。

高温高压偏心半球阀的密封结构设计

图1 高温高压偏心半球阀

3、结构特点

  当管道介质压力由低向高变化时,偏心半球阀要保持较好的密封效果密封副必须满足2 个条件。

  (1) 密封预紧力。通过螺栓产生一定的预紧力,再由阀座压盖传递给碟簧,使得碟簧产生变形。为了延长碟簧使用寿命,碟簧的变形量不能超过自由高度的75%,通过系列力的传递使密封副达到设计的密封比压。

  (2) 密封面强度高。为保证密封副在高压时不损坏,需要在半球体和阀座的密封面堆焊硬质合金。堆焊材料需要根据工况做出调整,通常堆焊司太立合金,其抗擦伤性好,硬度高,耐冲蚀,可以延长阀门使用寿命。

  为了在升压初期密封圈处不发生内漏,将密封圈做成90°的V 形口,密封圈压盖做成95°的V 形面(图2) 。在碟簧预紧力作用下,利用密封圈压盖和密封圈之间的角度差,密封圈受到压紧力后,开口适度增大,在径向方向贴紧阀体和阀座,如果在有介质作用力下,V 形开口也会增大,这样会贴合更紧,密封效果更好。密封圈与阀座接触的面做成斜面,便于增大接触面的密封长度。为了使阀门满足425°C 高温状态的工作要求,密封圈材料选择编织或增强柔性石墨,碟簧材料选择60Si2MnA 或Inconel。

高温高压偏心半球阀的密封结构设计

图2 密封圈和密封圈压盖

4、预紧力

  碟簧预紧力必须大于等于密封面必须比压才可以实现介质在低压状态下不泄漏,假设密封力完全由介质力作用,使得半球体与阀座密封面不泄漏,此时的介质压力为p,密封面上必须比压为qMF。密封比压为qMF时,达到密封比压时的密封力F1和作用在阀座上的介质力F2为

高温高压偏心半球阀的密封结构设计

高温高压偏心半球阀的密封结构设计

5、结语

  高温高压偏心半球阀采用碟簧预紧自密封的密封副,并将密封圈材料由橡胶改为V 形增强柔性石墨或编织柔性石墨圈,实现阀门在低压状态下可靠密封。在0~10MPa 试验压力作用下,阀门启闭力矩小,密封效果好。

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