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  • 进口调节阀用常温密封填料结构分析及改进
    发布日期:2016-1-24


    摘 要:介绍了调节阀密封填料在阀门运行中出现阀杆处介质外漏,而对用户及阀门制造厂产生一定的能源损失、经济损失及声誉产生的不良影响,鉴于此种情况而对阀用密封填料的结构进行改进,改进后的密封填料,有效的解决了以上问题。

    本页关键词:进口气动调节, 进口电动调节阀,, 进口调节阀

    1 概述

    调节阀作为管道系统中的一个重要组成部分,应保证安全可靠的执行管道系统对阀门提出的使用要求。密封填料是调节阀阀杆动密封的主要密封部件,用来填充填料箱空间,以防介质经由阀杆和填料箱空间泄露。填料密封是调节阀产品的关键部位之一。要想达到良好的密封效果,一方面是填料自身的材质,结构要适应介质工况的需要;另一方面是密封填料要有良好的弹性及光洁度,具备了以上两点要求,填料才能有良好的密封性能。

    调节阀在常温介质中一般都选用四氟材料,来加工密封填料。公司有一批调节阀是常温介质,使用四氟材质的密封填料在使用中出现了填料函处介质外漏现象,给用户现场造成了很多麻烦。为了解决现场介质外漏问题及为了使密封填料获得更好的密封性能,结合现场出现阀杆处介质外漏问题,进行了密封填料结构的改进,有效地解决了现场介质外漏问题,为公司挽回了信誉,同时也得到了用户的好评。

    2 分析

    2.1 密封填料的作用

    阀门的密封分为两种,即外部密封和内部密封,对于控制阀的外部密封,即填料密封,结合相关资料及现场的使用反馈,对其结构进行分析,从而进行结构改进来满足调节阀现场使用性能。

    调节阀部分由阀门的内件和阀体组成,阀的内件包括阀芯、阀杆、填料函和上阀盖等,其中填料函部件用于对阀杆的密封,是用弹性方法防止工艺介质通过往复式运动而在阀杆表面产生泄漏,它是阀体不可分割的一部门。阀门的阀杆密封几乎都是利用填料函来实现的。(图1)

    1.阀杆2.填料压板3.填料压紧螺栓4.填料压盖5.密封填料组件

    6.弹簧7.上阀盖8.密封垫9.阀芯头10.阀座11.阀体

    图1 调节阀结构图

    2.2 常用四氟填料结构介绍

    四氟密封填料在阀门的使用中是非常重要的动密封组件,常见的结构有以下几种结构形式:

    四氟盘根组合填料结构:此种结构的密封填料,在使用中经常出现阀杆摩擦力大,阀杆出现爬行现象,从而影响阀门的调节性能,进而对阀门的使用性能产生不良影响。(图2)

    图2 盘根填料组合结构图

    V型组合填料结构:此种结构的填料由于是由四氟棒料车削而成,零件的光洁度相对于四氟盘根填料来说有所提高,其对阀杆产生的摩擦也小,因此对阀杆的爬行现象有所改善。但由于是车削加工,由于四氟材料受温度的影响比较大,所以车削过程中产生的热对零件的尺寸公差产生影响,从而使得零件的尺寸不稳定进而影响V型组合填料在使用中的密封性能,阀门在现场使用中经常会出现介质外漏现场,给用户造成很不好的影响。(图3)

    图3 V型填料组合结构图

    2.3 密封填料理论计算分析

    密封填料按其结构和作用分为5个部分:填料压板、填料压盖、V型填料、垫片和弹簧。填料内唇边内径小于阀杆外径,外唇边外径大于填料腔内径,当填料和阀杆一起装入填料腔后便有一定变形,当在内压的作用下唇尖向阀杆和填料腔壁挤压,形成较高的接触压力,这样介质便难以通过,即使通过了第一道填料层,内压损失也会很大,通过第二、三个填料层时,内压已经损失殆尽,这就是填料的密封作用。

    密封填料的设计基于力比较、力平衡原理,使密封填料的密封力大于被密封的阀内压力(流体介质的压力)的作用力。根据填料密封时的压力分布理论和各种密封填料实际工况测试,得出填料的密封力,见公式(1)

        (1)

    式中:Pr为填料的径向压力(填料的密封力);Po为作用在填料压盖的压紧力;K为填料的应力比值;d1为阀杆直径;d0为填料函孔径;S为填料长度;u1为填料与阀杆间的动摩擦系数;u2为填料与阀杆间的静摩擦系数。

    根据以上理论计算方程式分析以及结合现场的实际应用,对现场泄露填料函结构及填料结构的改进奠定了一定的理论计算依据。

    3 改进

    针对以上对密封填料结构介绍分析及理论计算公式为依据,为了使填料获得更稳定的使用性能及密封性能,对现有填料函密封结构、填料结构及填料成型工艺进行了以下改进。

    3.1 填料函结构改进

    结合现场的实际工况及理论计算分析,将填料函结构形式有原来的压入式填料函结构改为旋入式填料函结构。改进后的填料函结构使得填料所承受的压紧力均匀,不会因为填料局部受力过大而产生的变形,从而造成阀杆摩擦力大而产生的爬行现象或填料拉伤而产生的介质外漏现象。同时压盖上的防尘圈可以有效地防止外界的灰尘或杂质进入填料函,破坏填料与阀杆间的密封面,从而造成的介质外漏。压盖密封套合理的长度设计,保证填料函始终清洁,使得密封性能更加稳定。(图4)

    a压入式填料函结构       b旋入式填料函结构

    图4 两种填料函结构

    3.2 填料结构的改进

    普通的V形四氟填料开口角度为90°(图5),在使用中出现了现场介质外漏的现象,为了保证密封填料在不断变化的工况下具有更好的密封性能,在V形填料的下端V字口处增设U形槽,并将V形开口角由原来的90°改为79°(图6)。经过工厂实验及现场实际使用验证,改进结构后的填料弹性更好,更有利于密封。

    图5 普通V形四氟填料

    图6 改进V形四氟填料

    3.3 零件成型工艺的改进

    为了使填料取得更加稳定、可靠的密封性能,结合四氟材料自身的性能,针对密封填料零件的成型工艺进行了改进,由原来的四氟棒料车削成型改进为聚四氟乙烯粉模压—烧结—成品零件,此种成型工艺使得零件的尺寸稳定、光洁度也得到了提高,更有利于填料的密封。

    4 验证

    4.1 工厂实验

    对改进后的四氟密封填料与原有四氟密封填料,在工厂进行了寿命及密封实验测试,实验得出表1数据。

    表1 实验数据

    4.2 现场验证

    原有填料在现场使用中介质外漏很严重见(图7现场照片),改进后的填料解决了现场介质外漏问题见(图8现场照片)。

    图7 原填料现场出现外漏

    图8 改进后填料

    通过工厂实验测试及现场使用验证可以得出,改进后的填料有效解决了阀杆爬行及介质外漏问题。

    5 结束语

    密封填料改进后,填料的弹性更好,填料的光洁度得到了有效的提高,填料的尺寸得到了保证,进一步提高了填料的密封性能。通过工厂及现场验证,改进后的密封填料的密封性能得到了有效的提高,为用户解决了现场危险隐患,同时也为公司挽回了一定的经济损失,给今后的阀门设计、制造以及产品具有稳定的使用性能奠定了基础。

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