馮玉林,謝鴻璽,張建斌,靳衛(wèi)華,吳磊,楊玲玲

(合肥通用機(jī)械研究院,安徽 合肥 230031)

彈簧蓄能密封球閥應(yīng)用的分析

馮玉林,謝鴻璽,張建斌,靳衛(wèi)華,吳磊,楊玲玲

(合肥通用機(jī)械研究院,安徽 合肥 230031)

針對(duì)管線球閥的泄漏問題,介紹了彈簧蓄能密封球閥的設(shè)計(jì)思路,詳細(xì)闡述了其主要結(jié)構(gòu)特性、工作原理與設(shè)計(jì)原理.和傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)的球閥相比,彈簧蓄能密封球閥在制造上無特殊要求,在實(shí)際應(yīng)用中效果很好.

蓄能;密封;球閥;結(jié)構(gòu)分析

1 概述

管線球閥在輸油管道、輸氣系統(tǒng)上應(yīng)用廣泛.如西氣東輸工程就應(yīng)用了大量的管線軟密封球閥,國(guó)內(nèi)有很多廠也在生產(chǎn)此類產(chǎn)品,但產(chǎn)品質(zhì)量好壞不一.有關(guān)的壓力試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,軟密封閥門的密封試驗(yàn)技術(shù)是無可見泄漏或泄漏率為零.在對(duì)某石油公司庫(kù)存閥門的抽樣檢查時(shí)發(fā)現(xiàn),閥門在放置一段時(shí)間后,其密封性能達(dá)不到零泄漏,即使是進(jìn)口的產(chǎn)品,也有同樣的問題.除了內(nèi)漏外,現(xiàn)在的采購(gòu)方對(duì)閥門的外漏要求也越來越嚴(yán)格,外漏問題也不能忽視.

為了解決這些問題,彈簧蓄能式密封圈技術(shù)被一些生產(chǎn)廠應(yīng)用到了設(shè)計(jì)中.本文介紹其中一種,閥門結(jié)構(gòu)采用一體式結(jié)構(gòu),裝配方便;密封性能優(yōu)越,同時(shí)可以具有耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、耐磨損等優(yōu)點(diǎn).

2 結(jié)構(gòu)及原理

2.1 結(jié)構(gòu)解析

彈簧蓄能密封球閥,是在球閥的閥座密封處和閥桿密封處的設(shè)計(jì)時(shí),分別加入一個(gè)或幾個(gè)U型彈性密封圈.U型密封圈自身有一定彈性,在安裝時(shí)會(huì)形成初始密封,在介質(zhì)力作用下,U型密封圈受壓,形成向外的張力,使密封唇緊更加貼緊密封溝槽,且介質(zhì)壓力越高,密封比壓越高.同時(shí)高壓力的介質(zhì),還會(huì)輔助U型彈性密封圈蓄能,使2密封面始終處于很好的接觸狀態(tài).

彈簧蓄能密封球閥,主要包括閥體、連接體、球體、閥座、上閥桿、下閥桿、閥蓋以及驅(qū)動(dòng)裝置,見圖1.

閥體為一體式結(jié)構(gòu),兩端與連接體通過螺栓固定連接,閥體腔內(nèi)設(shè)有球體以及閥座,連接體上還設(shè)有法蘭端、NPT螺紋端、承插焊接端、對(duì)接焊端.

連接體與閥座、閥體,以及閥體與下閥桿,閥蓋與閥體的接合處,分別設(shè)有密封圈.密封圈材料可采用柔性石墨、不銹鋼或PTFE等.

球體與閥座之間設(shè)有彈性閥座鑲?cè)?閥座與連接體的接合處,分別設(shè)有彈簧以及彈簧蓄能密封圈;閥座上還設(shè)有金屬閥座壓板,閥座壓板與閥座通過螺釘固定連接,見圖2.

圖1 彈簧蓄能密封球閥

圖2 閥座處蓄能密封結(jié)構(gòu)圖

上閥桿與閥體外側(cè)設(shè)有相互固定連接的閥蓋以及連接盤,閥蓋與連接盤通過銷連接,并由螺釘、螺栓固定;上閥桿與閥蓋之間,還設(shè)有防火密封圈以及填料墊;球體頂部通過上閥桿連接C型鍵,C型鍵的頂部連接驅(qū)動(dòng)裝置;上閥桿與閥蓋、閥蓋與閥體、閥體與連接體之間,分別設(shè)有彈簧蓄能密封圈,見圖3.

圖3 閥桿處蓄能密封結(jié)構(gòu)

上閥桿與球體的連接處設(shè)有靜電彈簧和鋼球,下閥桿與球體的連接處設(shè)有摩擦墊,上閥桿外側(cè)還設(shè)有無油潤(rùn)滑軸承.球體底部固定連接有下閥桿,閥體外側(cè)面分別設(shè)有泄放閥、排污閥以及注脂閥.涉及的彈簧蓄能密封圈,材料可采用PTFE或ELGILOY.

2.2 性能優(yōu)勢(shì)

相對(duì)于傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)的管線球閥,無論是石墨填料型式,還是O型圈密封形式,都有應(yīng)用弊端.

(1)石墨填料閥門需要較大的壓緊力,才能保證密封處不泄漏.較大的壓緊力,會(huì)使閥門的啟閉力矩加大.但現(xiàn)在越來越多的采購(gòu)方對(duì)閥門的開啟力矩有著嚴(yán)苛要求,所以急需一種新技術(shù)來解決這一問題.

(2)O型圈密封結(jié)構(gòu)在一般情況下,能達(dá)到較好的密封效果.加工精度不夠時(shí),O型圈在槽內(nèi)受力會(huì)發(fā)生剪切風(fēng)險(xiǎn)(此情況已在檢測(cè)和使用過程中發(fā)生過);另外,非金屬材料對(duì)腐蝕介質(zhì)要區(qū)分選擇,對(duì)設(shè)計(jì)人員要求較高.

美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)新版的系列石油石化標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)管線閥門的低泄漏試驗(yàn)進(jìn)行了強(qiáng)制性引入,這意味著以后制造和使用的閥門都必須達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的泄漏率才能使用.

基于以上分析,本結(jié)構(gòu)的彈簧蓄能密封球閥具有以下優(yōu)勢(shì).

(1)機(jī)械加工成本無增加.這是企業(yè)考慮的重點(diǎn),本文沒有對(duì)機(jī)械加工部分做具體分析,原因就是它跟常規(guī)閥門的制造基本無差,不需要另外采購(gòu)加工設(shè)備,也不會(huì)增加企業(yè)負(fù)擔(dān).

(2)閥門組裝時(shí),填料部分不需要加載很大的預(yù)緊力.蓄能零件只要產(chǎn)生一定變形量,就能達(dá)到密封效果,而且隨著介質(zhì)壓力的升高,蓄能件產(chǎn)生的作用會(huì)逐漸增大.因此,閥門的操作力矩會(huì)比較小,而操作機(jī)構(gòu)的選取范圍會(huì)更加廣泛.

(3)蓄能件配備擋板結(jié)構(gòu).常溫工況閥門的蓄能件一般采用非金屬材料,應(yīng)用擋板結(jié)構(gòu)可以規(guī)避蓄能件受力不均勻而被剪切損壞的風(fēng)險(xiǎn).

(4)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不受約束.閥門同時(shí)可以做成不同結(jié)構(gòu),如防靜電、防火燒;可為軟密封,也可硬密封;可側(cè)裝分體式,也可為頂裝一體式;可為法蘭端、螺紋端、承插焊接端、對(duì)接焊端等;可用多種驅(qū)動(dòng)方式;可根據(jù)實(shí)際工況及介質(zhì)性質(zhì),進(jìn)行可行的經(jīng)濟(jì)節(jié)約.

3 結(jié)語

彈簧蓄能密封圈密封球閥是在閥門的每個(gè)泄漏點(diǎn)采用彈簧蓄能密封圈作為密封件,打破了常規(guī)的用橡膠O形圈作為密封件的密封原理.彈簧蓄能密封圈采用耐腐蝕、耐低溫、性能優(yōu)越的材料制作,密封性能非常可靠,有效地解決了因密封件老化導(dǎo)致閥門泄漏的缺陷,大大提高了閥門的使用壽命.本結(jié)構(gòu)的成品閥門已在國(guó)內(nèi)大型石油工程中使用運(yùn)行,迄今未發(fā)現(xiàn)密封泄漏問題,此類閥門在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊.

[1]楊源泉.閥門設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992.

[2]API 6D 24版,Specification for Pipeline and Piping Valves [S],2015.

[3]賈曉紅等.彈簧蓄能密封圈密封系統(tǒng)的密封特性研究 [J].滑潤(rùn)與密封,2015(12):116-120.

[4]于文新等. PTFE蓄能密封設(shè)計(jì)及其在氯堿化工中的應(yīng)用 [J].有機(jī)氟工業(yè),2015(3):56-60.

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