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1、低温球阀阀杆密封填料的性能试验与研究发布时间:2011-03-07 点击数:985 球阀的填料密封结构(图1)通常由带凸台的阀杆、环形凸缘的阀体孔、填料、弹簧垫圈、螺母及顶压螺母等组成。当旋紧螺母时,压缩弹簧垫圈.并带动阀杆向上移动。在阀杆凸台与垫片及阀体孔环形凸缘的共同作用下,挤压上下填料。此时填料压缩,轴向压缩量为δ。 温度下降时填料收缩,阀杆亦收缩。当填料收缩超过填料回弹极限,填料与阀杆凸台和阀体孔端面将失去压紧力,端面密封失效。如果填料收缩后仍在回弹范围,填料仍受压缩,但δ减小,压紧力也减小。当单位压紧力仍大于1~2倍管线介质压力,介质就不会泄漏。控制填料低温的单位压紧力,
2、是低温密封的关键。填料低温单位压紧力(由于填料与接触件已预压紧,可认为是应力)计算式为 Δb1+Δb2=δ-btα′-b"tα" (1) Nm=Nn 式中b--填料常温自由厚度,mm Δb1--填料低温条件变量,mm Δb2--阎杆低温条件变量,mm δ--常温装配时填料压缩量,mm α′--填料冷缩系数 α"--阀杆冷缩系数 t--温度下降量,℃ b"--填料压缩后厚度,mm b"=b-δ Nm--填料收缩及弛张后低温时的轴向张力,MPa Nn--阀杆低温时的轴向张力,MPa Em--填料低温压缩弹性系数 En--阀杆低
3、温压缩弹性系数 Fm--填料低温截面积,mm2 Fn--阀杆低温截面积,mm2 (2) 因α"很小,故b"tα可忽略。式(2)得 当δ≥P~2P(介质压力)则可实现端面密封。聚四氟乙烯Em=400~450MPa,柔性石墨Em=150~2O0MPa,2Cr13的En=2.1×104MPa。 填料轴向压缩后产生径向弹性变形,由此产生的径向力阻挡了管线介质的泄漏压力。管线介质泄漏压力从介质源头起.在阀杆轴向沿程一般呈抛物线或对数曲线减弱。单一填料在阀杆上的轴向力,从压紧作用点起亦呈指数规律减小,其横向变形亦相应减小。因此填料在阀杆轴向力作用点始,沿程任何一处的压缩产
4、生的单位径向力,必须大于介质措程任何一处的单位泄漏压力(选取最大值),才能可靠控制阀杆轴向和阀体孔轴向表面泄漏。由于阀体孔和阀杆的轴向压紧填料的力与介质泄漏压力为同方向,所以低温时压紧力处处大于泄漏压力(曲线上对应值)就可保证密封。如果曲线上压紧应力在某处小于该处泄漏单位压力。则找出该处断面进行计算。计算时,由于阀杆系金属,直径也相对较小,收缩系数也小,可认为阀杆直径尺寸不受温度影响变化。因此只计算填料在温度变化后弹性变形及产生的径向应力即可,对于单一填料 式中ε--低温时填料轴向压缩应变量,mm ε″--低温时填辩径向压缩应变量, μ--填料在低温工况时的波桑系数 σ--填料
5、在低温工况时的阀杆轴向应力,MPa σ1--填料在低温工况时的阀杆径向应力,MPa σ1≥P可实现径向密封(未考虑摩擦系数的影响)。对于多种填辩间隔叠合排列,其密封效果和寿命有所提高,其径向力可根据上述公式,对不同填料结构乘以其修正系数后求出。一、温度波动工况的填料密封结构 在温度波动工况。填料使用柔性石墨与聚四氟乙烯重叠的密封结构(图2)。用聚四氟乙烯包覆柔性石墨(聚四氟乙烯较薄,柔性石墨较厚,仍可认为是单一填料)。聚四氟乙烯具有优良的不透气性及不渗水性,强度较大。缺点是收缩系数大,回弹性差。柔性石墨的优点是收缩系数小.回弹性好。缺点是强度差,有微孔。 复合填料可以克服其单一
6、填料存在的不足。在温度下降时,柔性石墨收缩很小,压缩后,轴向和径向回弹性很大,可以保证在轴向压缩后仍有很大的轴向及径向回弹力,对泄漏介质可具有很大比压,达到可靠密封。柔性石墨由于强度小,同时由于它有微孔隙,长时间密封后有微泄漏。在外层包覆聚四氟乙烯,其强度太,可承受较大压力,同时具有不透气和不渗水特点,它们的叠合密封,可以长时间使液体和气体不泄漏。这种结构可提高填料在深冷、高温及常温工况下的密封性。 为防止温度上下波动造成柔性石墨等软填料挤入阀杆孔中,在阀杆孔与填料间装有内弧形挡圈,半包住填料,使填料不能挤入阀体孔内,同时也减小了填料与阀杆的摩擦表面积。为保证温度波动中填料密封,还必需使用
7、胀缩系数较小的阀杆金届材料和注意阀杆表面粗糙度,防止温度波动中密封副的磨损和破坏。还要注意螺母的自锁性,才可长期顶紧弹簧垫圈,压紧填料。 在填料回弹范围,尽量使用大压缩量。这样在温度下降和应力松弛等条件下,填料收缩时仍对填料有足够的压紧力,密封更可靠。为了减小温度下降的收缩量和温度上升可能对填料的破坏,选择15~20℃条件装配较好。此外常规的内外端面双重密封结构对温度波动中密封有积极效果。内端
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