控制阀细节分析之13_控制阀金属波纹管密封

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1、控制阀细节分析之十三——控制阀金属波纹管密封李宝华摘要：直行程控制阀的阀杆做提升运动，随之而来的是阀杆动密封和外泄漏问题，要防止阀内的过程流体通过运动的阀杆表面穿漏、渗透和扩散。一般应用场合可通过合理选择填料和填料结构来解决，但填料密封永远存在泄漏的危险。对于有毒性、易挥发或贵重的流体不允许其泄漏时、高真空应用时或按环保清新空气要求（EPA、TA-Luft认证）时，以及核工业、石化等领域的特殊应用时，不能用径向环缝的填料密封，必须使用金属波纹管密封来实现“零泄漏”要求。SAMSON公司发明和应用金属波

2、纹管已有百年（1909-2009），控制阀金属波纹管密封技术一直处于领先地位。关键词：控制阀；阀杆密封；零泄漏要求；金属波纹管密封。一、引言控制阀（Controlvalve）是过程控制回路的终端控制元件，决定着控制是否及时有效。最常用的是直行程控制阀，其阀杆与执行机构推杆相连接并做提升运动，改变阀芯与阀座间的流通截面积，实现对流体量的调节。伴随直行程控制阀的阀杆提升运动而来的是如何考虑阀杆动密封和外泄漏问题，要防止阀内的过程流体通过运动的阀杆表面穿漏、渗透和扩散。一般应用场合可通过合理选择填料和填料结

3、构来解决，但填料密封永远存在泄漏的危险。对于有毒性、易挥发或贵重的流体不允许其泄漏时、高真空应用时或按环保清新空气要求（EPA、TA-Luft认证）时，以及核工业、石化等领域的特殊应用时，不能用径向环缝的填料密封，必须使用金属波纹管密封来实现“零泄漏”要求。SAMSON公司发明和应用金属波纹管已有百年（1909-2009），自力式控制阀金属波纹管平衡技术和控制阀金属波纹管密封技术一直处于全球领先地位。参照有关阀用波纹管标准和相关带有金属波纹管密封控制阀产品，本文试说明和分析控制阀金属波纹管密封。二、金

4、属波纹管控制阀阀杆密封用金属波纹管（Metalbellows）是一种弹性、薄壁、有多个横向波纹的管壳零件（以下简称波纹管），可制成单层或多层。根据应用需要，多层波纹管可以降低刚度和增强有效位移。由一个或多个串联的波纹管及其连接件等配件的组合称为波纹管组件，再配合延长型阀盖，构成控制阀阀杆“零泄漏”的金属波纹管密封。波纹管有三种制造方法：机械成形、液压成形、焊接。应用机械成形方法制造的波纹管，其波纹是在金属薄壁管上用旋转工具或模具单个波纹连续地加工成形，可根据需要制成单层或多层波纹管。管材一般选不锈钢材

5、料的冷拔薄壁管（无缝管）和用薄板卷焊成的薄壁管（焊缝管），这也是影响波纹管使用寿命和效果的重要因素。由轧制带材、板材经熔融焊接的薄壁管（焊缝管）制成的波纹管要明显强于无缝薄管（无缝管）制成的波纹管，循环寿命有数量级之差。参见图1。SAMSON选用优质轧制带材、板材，使用先进的熔融焊接技术先卷制成薄壁管，再应用机械成形方法制造出高质量的金属波纹管，参见图3。应用液压成形方法制造的波纹管，是将金属薄壁管装在模具中，从其内部施加液压，同时轴向压缩金属管而制造出波纹管。管材选用同于机械成形方法，也是选用冷拔薄

6、壁管和用薄板卷焊成的薄壁管。外形同于图1。-1-应用焊接方法制造的波纹管，是将多个环形弹性金属膜片的外边缘和内边缘分别交替地焊接在一起制成波纹管，如图2所示。图1液压成形或机械成形的波纹管图2焊接制造的波纹管图3SAMSON的金属波纹管制造三、波纹管主要性能波纹管的主要性能参数有刚度、允许位移、耐压力、循环寿命、有效面积、工作温度等，主要几何参数有内径、外径、壁厚、层数、波距、波厚、波纹数、有效长度、端部结构等。下面仅就部分性能参数进行说明。1.刚度波纹管的刚度是使波纹管产生单位位移所需要的力，按载荷

7、与位移性质不同可有轴向刚度、弯曲刚度、扭转刚度等，在实际应用中重要的是轴向刚度。对于轴向刚度，是反映波纹管灵敏度的一个参数，刚度越大灵敏度越差。轴向刚度也与波纹数成反比。2.位移波纹管的位移是其压紧位移和伸张位移之和，与其波纹数成正比（单波纹位移乘以波纹总数等于总位移），有最大位移及允许位移两种。最大位移指波纹管在外压力作用下，压到波纹之间相互接触时所能产生的最大位移；允许位移是指波纹管不产生规定塑性变形情况下所能达到的最大位移。在正常使用条件下允许产生的工作位移一般是允许位移的40%-50%。3.耐

8、压力耐压力分受内压和外压两种形式，一般来讲，同一波纹管在其它条件相同时，受外压比受内压时的稳-2-定性要好，所以受外压作用时的最大耐压力比受内压时高。4.循环寿命波纹管随阀杆从全开到全关再到全开的移动过程称之为一次循环，循环寿命是指波纹管在规定压力、温度和轴向行程下往复运动而不破坏最大的循环次数。相同的波纹管的循环寿命是与其工作状态、位移大小、循环频次、压力和温度等有关。应用中的外力强扭转、超量位移和划伤碰伤都严重影响循环寿命和密封效果。波纹管焊接在阀杆