新型高温高压阀门自密封结构设计

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1、新技术新产品!"#$"%&’()(*+,!"#-./"01.)运行与应用新型高温高压阀门自密封结构设计浙江石化阀门有限公司!（浙江!"#$%#&）!吴尖斌!陈凌云!!【摘!要】!分析了现有高温高压自密封结构的优缺点，阐述了一种新型自密封结构的设计方法及数据计算。!!【关键词】!高温高压!楔形垫!双层密封圈一、概述的预紧力而形成初始比压。当介质压力作用时，浮动顶盖受压力作用向上压缩楔形垫，从而达到自紧密封。随着国民经济的快速发展，电站行业也得以飞速发展，电站行业所需的阀门的要求也进一步提高。表现在阀门使用的温度、压力要

2、求更高，阀门口径有增大的趋势。对于高温高压大口径阀门，其自密封结构非常重要，针对目前常用的自密封结构，探讨一种新型的自密封结构。二、分析目前，电站阀常用的自密封结构有楔形垫组合密封（伍德密封）和楔形垫密封两种结构（如图’、图#所示）。一般来说，大口径阀门采用组合式楔形垫结构，图#!楔形垫结构小口径采用楔形垫结构。’(阀体!#(阀盖!"(楔形垫!&(支架当管道介质压力由低向高变化时，此类阀门要始终保持密封，必须满足两个条件：一是要通过预紧螺栓产生一定的初始比压；二是在高压时，密封面不被高压压溃。为了满足这两个条件，设计

3、楔形垫时就要考虑其材料既要满足低压时的塑性变形，又要有足够强度来避免高压时因密封力过大而压溃密封面。为解决这一矛盾，现通常作法是将强度高的材料表面镀一层软质镀层或涂覆层。通过分析，可以发现现有的楔形垫密封结构存在以下缺点：零件加工精度高，装配要求高；镀层或涂覆层图’!楔形垫组合结构使成本加大，且由于镀层或涂镀层在高温时存在剥落可’(阀体!#(阀盖!"(楔形垫!&(压环能，低压时密封不可靠。$(四开环!)(支承环!*(预紧螺栓这两种结构形式，其工作原理基本相同，都是把楔三、设计形垫放置在浮动顶盖和圆筒体端部之间，利用螺

4、栓产生针对现在自密封结构的不足，设计以下双密封圈的!""#年第$期*$’%&运行与应用新技术新产品!"#$"%&’()(*+,!"#-./"01.)1(自密封结构（如图!所示）。2())4时，其值为#7$/5#(64）。当压力和温度逐渐升高时，弹性金属密封圈开始受力密封，而此时软密封圈已受力很小。这样既保证高温高压情况下密封，又能避免软密封圈不被压溃。（!）由于所需的初始密封比压靠柔性石墨的来密封，故弹性金属密封圈、浮动阀盖及圆筒体端部的加工精度可以降低。而且金属密封圈不用镀层或涂镀层，也图!"双层密封圈密圈结构可降

5、低成本。#$阀体"%$软密封圈"!$硬密封圈"&$阀盖（&）这种结构对顶盖安装误差要求不高，所以装配’$压环"($四开环难度大大降低。这种密封结构的主要特点是把原来的楔形垫分成由（’）由于是软硬双层密封圈密封，故在温度、压力软密封圈和弹性硬密封圈组成的双密封结构。下面是用产生波动的情况下也能实现可靠密封。柔性石墨或用柔性石墨编织填料压制成的软密封圈，上四、计算面是由)*+#,-./或其他奥氏体钢制成的弹性密封圈（#）预紧状态时，软密封圈楔形垫的轴向分力，即（如图&所示）。设计时注意事项如下。预紧螺栓的载荷计算：!;.

6、<（!="）#80!"$（#）9:;!#9:;"式中"#8———楔形密封圈的轴向分力，单位为-；"———密封接触圆直径，单位为>>；$———初始密封比压，$0#$#2#$!$，单位为##?@图&"双层密封圈分解图?A8；［%］（#）软密封圈用柔性石墨或用柔性石墨编织填料压$———密封的必需比压，查表&1#)可得，单?@制而成，图中所示尺寸为压制后尺寸。考虑到材料的压位为?A8；缩量及回弹量较大，!尺寸可适当放大。!———设计确定，一般取!)3；（%）金属密封圈由于是弹性设计，故在设计过程中尺"———摩擦角，取%$,3

7、2’$73。寸"#0"1（#2#$’），还要注意角度’3的设置。视!#的（%）载荷计算"内压引起的总轴向力%大小，在外圆上适当设计槽的数量和大小，以增加弹性。#0!&"%（%）（!）软密封圈斜角为!)3，弹性金属密封圈斜角为式中"#———内压引起的轴向力，单位为-；!%3。在金属密封圈开始密封时，保证金属密封圈上口"———密封接触圆直径，设计确定，单位为首先密封。从而使金属密封圈具有弹性。>>；这样的设计不但具有现有楔形垫密封结构的优点，%———设计压力，验算低压时，取%0)$!?A8；验算高压时，取设计压力上而且可

8、以成功弥补现在常用楔形垫密封的缺点，其优点限值，单位为?A8。具体分析如下。（!）支承环、四合环、预紧螺栓及阀盖的设计计算（#）因为双密封结构有软密封存在，故其所需的螺略。栓预紧力要小许多，初始密封比压小，在低压情况下容易密封。设计时可适当减小预紧螺栓，减少阀门成本。五、结语（%）由于柔性石墨的压缩率远远大于金属材料，而自密封结构阀门设计的关键