阀门填料密封的特性与改进措施.pdf

年第期 阀门 止 回 阀的结 构改革 铜山县阀门厂魏家存 近年来 , 输水 、 供水 、 化工和 石油等行业发 展速度越来越快 , 对 阀门的制造提 出了更高的 要求 , 要求结构简单 、重量轻, 使用寿命长 , 密封 性能好等 。 国国 屁屁屁屁屁屁屁卜卜 着着着 图 阀体阀座 对夹式止回阀 阀瓣销轴弹黄 最近 , 我厂研制成功一种对夹式止 回阀如 图 。其结构简单, 重量轻 , 体积小 , 便于加工 , 易 拆装 , 安装方便 。 密封采用橡胶密封 , 密封性能 好 。 本阀门采用偏心结构并设有弹簧 , 使阀门 关闭迅速 、 可靠 , 在管道 中能全部打开 , 流体水 锤小 。 此阀门结构主要由三部分组成 。 阀体采 用材料为 , 结构 短 , 易加 工 。 阀座采用丁睛橡胶密封 , 避免原旋启式 止回阀铜密封在关闭时的撞击 , 且密封性能好 。 阀瓣采用材料 , 表面镀锌 , 接触 面为弧形 , 开启靠偏心量 。 此阀性能参数如下 公称通径 。 公称压力一 甲 。 适用温度 一℃ , 特殊情况 ℃ 。 适用介质淡水 、 海水 、 油类和酸碱类 。 阀门填料密封的特性与改进措施 机械工业部通用机械研究所鹿彪张立红 摘要 先从理论上 分析压缩 状态下填料的特性 , 然后考虑 实标工作状态下填料 密封的性 能和 影响因素以及介质压力 、 径向压力 、 轴 向压 紧力之 间的关系 , 在此墓础上提出了填朴密封结构的 改 进措施 。 主题词 阁门填料密封研究 一 、 前 日淤 曰 对于阀门来说 , 阀杆处的密封一直是一个 突出的间题 , 也是阀门产品 当前最薄弱的环节 之一 。 因此 , 国内外所有 阀 门厂商都在进行研 究 。 到 目前为止 , 阀杆密封形式层 出不穷 , 但都 没有摆脱填料密封和无填料密封 波纹管密封 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 一一 年第期 这两种形式 。 波纹管密封消除了介质通过 阀杆 处泄漏的可能性 , 但由于其本身的耐压能力的 限制和技术上许多间题没有解决 , 使其在阀门 中的应用受到很大的限制 。 目前 , 的阀门使 用填料密封结构 。 填料密封虽然能适应高温高 压的使用要求 , 并且随着填料生 产技术和密封 结构的不断发展 , 密封的可靠性程度有所提高 , 但是 , 泄漏的可能性远没有消除 。在每年的阀门 事故 中 , 阀杆填料密封的泄漏占相当大的比例 , 大批阀门因此而报废 。 同时给环境带来了污染 , 浪费了能源 。 因此 , 探讨并研究填料密封 的特 性 , 开发有效的新产品十分必要 。 现将有关符号介绍如下 压缩变形前一个填料环的高度 压缩变形后一个填料环的高度 压缩变形后填料总高度 , 填料函中填料环的个数 丑 “‘ 通过填料压盖作用于填料上的预紧 压力 填料函底部对填料的支承力 、 填料函内径和内半径 、, 阀杆直径和半径 尸 , 填料所受轴向压力向 ,介 介质压力 , 填料与阀杆之间的径向压力 尸 填料与填料函之间的径向压力 填料与阀杆之间的径向压力系数 填料与填料函之间的径向压力系数 产】 填料对阀杆的摩擦系数 群 填料对填料函内壁 的摩擦系数 内 阀杆转动时填料的摩擦系数 , 阀杆往复运动时的摩擦力 阀杆旋转运动时的摩擦扭矩 二 、 压缩状态下填料的基本特性 填料在足够的预紧压力只作用下发生变 形 , 使阀杆以及填料函内壁接触面上产生径向 压力和 , 而使填料紧紧压在阀杆和填料函 内壁上 , 以此达到阻止介质外泄 , 实现密封的目 的 。 填料密封的基本结构见图 。 在对填料的特 性进行分析前先做三点假设 。 曳曳、口尸尸尸尸尸 图压缩状态下填料的轴向压力特性 阀杆填料填料函 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 年第期一一 ①阀门无负荷作用 , 即 尸介一 。 ②径向压力 、尸 与轴向力 尸, 成正比 , 即 妇 一 ,,, ‘ ,。 ③摩擦系数 群 、产、 内在轴向变化较小 , 忽 略其影响 。 从图填料函中取厚度为 , 的填料微元 体进行分析 , 由轴向力的平衡条件得 ,兀 一 , 一 ,, 二 左,一 , 一 , 声, 匆一 几彻 尸匆一 整理得 肠为材料在三个方面 的泊松比 。、甲一, 、、 埃 , 匆 一 , 娜 十几尸 ,声 根据前述假设将 , 一 ,,, 一厂尸 , 代入 式得 二 一月尸 , 叼 其中 一不歹 典 , 。 , ’ , 解方程得 才百一 一 、产、产、才 勺任只‘、了气, 一, 。 一月, 一兀尸 。。一勺 , 一 ’ 一月, 由边界条件得 ,一 士叠 。 当已知预紧力 氏并测出填料函反作用力尸 时即可求出常数 。 式反映了填料在压缩状态下轴向 压力和径向压力分布情况 。 从图可以看 出 , 轴 向压力,随填料函深度的增加呈递减变化 , 从 而导致 尸 ,、 也呈递减变化 , 这是由于填料的 摩擦作用所造成的 。 下面从图分析径向压力 尸 、尸 之间的关 系 。 取厚度为匆的环状微元体 , 由力平衡条件 得 图填料微元体径向力的平衡 对于绝对刚性材料 刃 对于绝对弹性体 材料 刀 对于软质材料 冲 。 所以 , 当采用软 质填料时 尸 。 这是填料密封泄漏一般只发 生在阀杆与填料之间的主要原因 。 关于填料的摩擦特性分析如下 , 见图 。, 夕 、 图填料微元体对阀杆的摩擦力 犷 。 、 ‘ 一 、 ‘ 一、几“一 阀杆往复运动 ‘ 阀杆旋转运动 如果材料为正交各 向异性弹性体 , 且应力 丙在径向呈线性变化 , 那么 , 由上式得与 尸 的关系为 刀凡 其中 , , 一一功 甲 切 一功 尹 振物十粉铸 , 一 , 一 了一丁甲一一了一一一一一哥 , 田一下丁 刃帕 气砂 州卜砂卯粉少“ 在进行阀门操作过 中 , 阀杆的运动形式有 两种 , 即往复运动和旋转运动 。 分析图中填料 微元体的力平衡 。 当阀杆做往复运动时 己凡一 加脚匆 当阀杆做旋转运动时 樱一 己 尸一 ,脚匆 , 积分得 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 一一 年第期 一 ‘ 乙 凡一 凡 ‘ 了 , 的变化规律 , 为了实际应用 , 需将式作 一些简化 。 简化后 的公式为 一兀尸 。 一通, 、户、了 ︵ 吕 、了‘ 、 , 一 兀吻 万俩 式是理论上推导 出的结果 , 它反 映了填料在压缩状态下的特性以及对阀杆的作 用力 。 三 、 工作状态下填料密封的特性 分析 ‘ 前面在几点假设的基础上从理论上对压缩 状态下的填料进行了分析 。 当阀门处于实际工 作状态时 , 影响填料密封性能的因素增多 。最突 出的就是介质压力‘ 尸介护 的影响 。 表示填料函泄漏量的公式为 才一 群,户 一庄 径向压缩系数是前面假设 中得出的 , 它 表示填料 使轴向力凡转化为径向力 尸 , 的能 力 , 它与填料的材质 、 结构 、 尺寸 、 预压缩 力 等多种因素有关 。 实测表明 , 对于软 质填料 一 , 值的选择可参照表 , 。 表径向压力系数 介 忍肠 , 口 兀尸 。一‘ 群 介 〔〕 勿 式中 产 介质粘度 婴 一 介质在填料函轴向的压力梯度 呵 从式 。可以看 出 , 介质压力要对填料密封 呵 性能影响很大 。根据密封理论, 要在阀杆与填料 之间建立密封条件 , 应该使只 尸 。 尸是介质压 力 由于填料函的阻力作用在轴向的分布 , 它是 轴向力, , 填料几何尺寸的函数 。 在填料函底 部 尸尸介 。 通过压力 传感 器对填料 的, 、,、 的 测 定 , 证明密封条件即 尸 , 是正确的 。 三者数 据见表 〔,〕。 四 、 填料密封性能改进措施 对于软质填料来说 , 由于其本身具有塑性 的缘故 , 所造成的压紧力随时间逐渐降低 。对 于 石棉 类 填 料在分钟 内大约降低 而对于氟塑料大约降低 。 当阀门在 管路上上作时 , 由于温度 、 压力 、 摩损的作用使 填料老化 , 压紧力进一步下降 , 甚至达到松驰状 态 , 当 , 尸时便发生泄漏 。 口⋯ 目 目目﹄、工 臼门目夕毛 表 尸 、 , 、尸, 之间的关系 凡凡 砚 表说明径向压力随轴向压力 尸 , 的增 大而增大 , 只有 尸时才能使密封部位处于 无泄漏状态 。 在前面的理论分析中 , 式反映 图热散式填料密封结构 填料环热敏元件 预紧力作用下轴向力 , 的分布 阀门工作状态下 , 的分布 根据填料密封的特性和填料密封条件 , 我 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 年第期 所开发了热敏式填料密封结构 。 其原理是在阀 门的使用过程中通过热敏件的变形 自动压紧填 料 , 以补偿填料的摩损和预紧力衰减 , 使填料密 封在阀门的整个使用过程中处于密封状态 。 图是热敏式填料密封结构简图 。 当一定 温度 的介质通过阀门时 , 热敏件因轴向变形受 到约束而产生轴向推力 气 , 并且人随温度升 高而增大 。 由于 、的作用补偿了轴向预紧压力 随时间的衰减变化 , 防止了填料过早松驰 , 因此 能有效地阻止填料密封的泄漏 。 从图魂可见 , 阀 门在使用中由于 尸。的作用 , 轴向压力 ,的分 布趋于线性 。 这种填料密封结构的特点是结构 简单 , 密封性能好二最高使用温度可达 ℃ 。 并且热敏件可以反复使用 。 当设备检修时只需 更换填料环即可 。 参考文献 阮徐召 、倪家骤 工业管道泄漏防治 冶金工业出版社 年月 。 赵光组设备泄漏的防止 冶金工业出版社年月 。 王孝夭等不锈钢阀门的设计与制造 原子能出版社 一 年月 。 林和宏 尹于夕尺少午夕力夕一儿特性配管技术 , 一 安全式球形止 回 阀 江苏省阜宁县第一机械厂金日中 概述 安全式球形止回阀为我厂专利产品专利 号 。 它是用于供水系统的配套设 备 , 特别适用于大流量的往复式泥浆泵 , 允许被 输送液体中含有较大粒度的固体 , 使用寿命比 旋启式止回阀提高十多倍 。 该阀集多种止回阀 的优点于一体 , 可广泛适用于给排水 、 石油 、 冶 金及化工等行业主要用于阻止管道中的液体 逆向流动 , 是管道的理想止回装置 。 技术性能 安全式 球形止回阀 公 称通径为 一 助 。 工作介质为水 及其它无腐蚀性液体 , 工作压力为 侧田 、 , , 工作温度不大于 ”。℃ , 蜘 方式为利用流体神力 一结构及工作原理 安全式球形止回何的结构如图 。 它由前阀 体 、安全装置、隔板、球形装置及后阀体组成。 其工作原理是 球形装置中的胶球在球罩 里作短行程滚动以实现止回阀的开启 、关 闭动 作息当胶球滚至左侧 , 止回阀关闭 , 在关闭的瞬 时 , 若管道内压力超过公称压力时 , 安全装置 自 行打开泄压 。 当胶球在液体的作用下滚至右侧 , 止回阀开启 。球形装置用 螺栓固定在隔板上 , 并 使球心运动轨迹与水平线呈一定倾角 , 从而使 胶球无外力作用也能滚至关闭位置 。 变化球形 装置和数量及其在隔板上的布置 , 并将隔板装 在不 同的阀体内 , 便能得到多种规格和系列产 品 , 以此取代原旋启式止回阀 。 及及及及及及及 」 , 一 书书书书书护呀、 竺竺竺竺竺竺 葱岁飞飞飞飞飞 图安全式球型止回阀 前阀体安全装隋板球形装置后阀体 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.