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金屬密封電動封蝶閥在低溫中的應(yīng)用
[ 2017-02-27 ]
眾所周知，金屬密封電動蝶閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕（與相同壓力，相同通徑的閘閥相比可減輕40%～50%）流體阻力小、啟閉迅速等一系列優(yōu)點。但我國一些低溫裝置如天燃液化設(shè)備、空氣分離設(shè)備以及變壓吸附設(shè)備等化工行業(yè)所采用的電動閥門有80%以上是電動截止閥或電動閘閥，采用蝶閥的數(shù)量很少。
分析其原因主要是過的金屬密封電動蝶閥在低溫狀況下密封性能不良，以及其它一些因結(jié)構(gòu)不合理等原因造成介質(zhì)內(nèi)漏和外漏，嚴(yán)重的影響這些低溫設(shè)備的安全和正常運行，不能滿足低溫設(shè)備的要求。
根據(jù)我國低溫裝置的不斷發(fā)展，對低溫閥門的要求日益增大，為適應(yīng)市場經(jīng)濟發(fā)展的需要，對金屬密封電動蝶閥進行結(jié)構(gòu)上的改進，研制出一種三偏心純金屬高密封性能的電動蝶閥（圖一、現(xiàn)已申報國家專利）無論介質(zhì)是高溫還是低溫均能滿足其需要。現(xiàn)結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點，僅對低溫性能方面作簡單介紹。
一、對低溫電動碟閥密封性能的要求
低溫電動閥門產(chǎn)生泄漏的原因主要有兩種情況，一是內(nèi)漏；二是外漏。
1）閥門產(chǎn)生內(nèi)漏主要原因是密封副在低溫狀態(tài)下產(chǎn)生變形所致。當(dāng)介質(zhì)溫度下降到使材料產(chǎn)生相變時造成體積變化，使原本研磨精度很高的密封面產(chǎn)生翹曲變形而造成低溫密封不良。我們曾對DN250閥門進行低溫試驗，介質(zhì)為液氮（-196℃）蝶板材料為1Cr18Ni9Ti（沒經(jīng)過低溫處理）發(fā)現(xiàn)密封面翹曲變形量達0.12mm左右，這是造成內(nèi)漏的主要原因。
新研制的金屬密封電動蝶閥由平面密封改為錐面密封。閥座是一個斜圓錐橢圓密封面，與嵌裝在蝶板上的正圓形彈性密封環(huán)組成密封副。密封環(huán)可在蝶板槽內(nèi)徑向浮動。當(dāng)電動閥門關(guān)閉時，彈性密封環(huán)首先和橢圓密封面的短軸接觸，隨著閥桿的轉(zhuǎn)動逐漸將密封環(huán)向內(nèi)推，迫使彈性環(huán)再和斜圓錐面的長軸接觸，最終導(dǎo)致彈性密封環(huán)與橢圓密封面全部接觸。它的密封是依靠彈性環(huán)產(chǎn)生變形而達到的。因此當(dāng)閥體或蝶板在低溫下產(chǎn)生變形時，都會被彈性密封環(huán)來吸收補償，不會產(chǎn)生泄漏和卡死現(xiàn)象。當(dāng)閥門打開時這一彈性變形立即消失，在啟閉過程中基本沒有相對磨擦，故使用壽命長。
2）電動閥門的外漏：其一是閥門與管路采用法蘭連接方式時，由于連接墊料、連接螺栓、以及連接件在低溫下材料之間收縮不同步產(chǎn)生松弛而導(dǎo)至泄漏。因此我們把閥體與管路的連接方式由法蘭連接改為焊接結(jié)構(gòu)，避免了低溫泄漏。其二是閥桿與填料處的泄漏。一般多數(shù)閥門的填料采用F4，因為它的自滑性能好、摩擦系數(shù)小（對鋼的摩擦系數(shù)f=0.05～0.1），又具有獨特的化學(xué)穩(wěn)定性，因此得到廣泛應(yīng)用。但F4也有不足之處，一是冷流傾向大；二是線膨脹系數(shù)大，在低溫下產(chǎn)生冷縮導(dǎo)致滲漏，造成閥桿處大量結(jié)冰，至使閥門開啟失靈。為此研制的低溫蝶閥采用自縮密封結(jié)構(gòu)即利用F4膨脹系數(shù)大的特點，通過予留的間隙達到常溫、低溫都可以密封的目的。
二、閥體、閥桿軸襯的設(shè)計要求
1）低溫閥門殼體結(jié)構(gòu)形狀。材料選擇的正確與否對閥門的正?？煽抗ぷ饔兄鴺O其重要的意義。電動蝶閥的結(jié)構(gòu)特點與電動截止閥、電動閘閥相比，不但避免了因形狀不規(guī)則，殼體壁厚不均勻，在低溫下產(chǎn)生的冷縮，溫差應(yīng)力所引起的變形，而且由于電動蝶閥體積小，閥體形狀左右基本是的稱的，因而熱容量??；予冷量消耗也??；形狀規(guī)則又便于對閥門的保冷措施。如新研制的D943H型碟閥為保證閥門在低溫下的可靠使用，完全按照低溫閥的特殊性進行設(shè)計和制造，如：殼體材料選擇了具有立方晶格的1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼等。
2）閥桿襯套的選擇：根據(jù)用戶反映，有些低溫閥門在運行當(dāng)中，閥門的轉(zhuǎn)動部位發(fā)生粘滯，咬合現(xiàn)象時有發(fā)生，主要原因是：配對材料選擇不合理，予留冷間隙過小，以及加工精度等原因所致。在研制低溫閥門時，采取了一系列措施，防止出現(xiàn)以上現(xiàn)象。例如：我們對閥桿上、下軸襯選用了具有摩擦系數(shù)小及自潤滑性能的SF-1型復(fù)合軸承，這樣可以適用于低溫閥門的一些特殊需要。
金屬密封電動蝶閥具有的特點是一些普通電動閥門所不具備的。尤其是流阻小、密封可靠、啟閉迅速、使用壽命長等。本公司研制的三偏心金屬密封電動蝶閥的密封力來自彈性環(huán)的變形達到密封，因而不需要借助介質(zhì)作用力，故可做雙向密封用。根據(jù)金屬密封電動蝶閥的一些特點將會被更多的人所重視。今后也會有更多的電動蝶閥應(yīng)用到低溫設(shè)備中。
分析其原因主要是過的金屬密封電動蝶閥在低溫狀況下密封性能不良，以及其它一些因結(jié)構(gòu)不合理等原因造成介質(zhì)內(nèi)漏和外漏，嚴(yán)重的影響這些低溫設(shè)備的安全和正常運行，不能滿足低溫設(shè)備的要求。
根據(jù)我國低溫裝置的不斷發(fā)展，對低溫閥門的要求日益增大，為適應(yīng)市場經(jīng)濟發(fā)展的需要，對金屬密封電動蝶閥進行結(jié)構(gòu)上的改進，研制出一種三偏心純金屬高密封性能的電動蝶閥（圖一、現(xiàn)已申報國家專利）無論介質(zhì)是高溫還是低溫均能滿足其需要。現(xiàn)結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點，僅對低溫性能方面作簡單介紹。
一、對低溫電動碟閥密封性能的要求
低溫電動閥門產(chǎn)生泄漏的原因主要有兩種情況，一是內(nèi)漏；二是外漏。
1）閥門產(chǎn)生內(nèi)漏主要原因是密封副在低溫狀態(tài)下產(chǎn)生變形所致。當(dāng)介質(zhì)溫度下降到使材料產(chǎn)生相變時造成體積變化，使原本研磨精度很高的密封面產(chǎn)生翹曲變形而造成低溫密封不良。我們曾對DN250閥門進行低溫試驗，介質(zhì)為液氮（-196℃）蝶板材料為1Cr18Ni9Ti（沒經(jīng)過低溫處理）發(fā)現(xiàn)密封面翹曲變形量達0.12mm左右，這是造成內(nèi)漏的主要原因。
新研制的金屬密封電動蝶閥由平面密封改為錐面密封。閥座是一個斜圓錐橢圓密封面，與嵌裝在蝶板上的正圓形彈性密封環(huán)組成密封副。密封環(huán)可在蝶板槽內(nèi)徑向浮動。當(dāng)電動閥門關(guān)閉時，彈性密封環(huán)首先和橢圓密封面的短軸接觸，隨著閥桿的轉(zhuǎn)動逐漸將密封環(huán)向內(nèi)推，迫使彈性環(huán)再和斜圓錐面的長軸接觸，最終導(dǎo)致彈性密封環(huán)與橢圓密封面全部接觸。它的密封是依靠彈性環(huán)產(chǎn)生變形而達到的。因此當(dāng)閥體或蝶板在低溫下產(chǎn)生變形時，都會被彈性密封環(huán)來吸收補償，不會產(chǎn)生泄漏和卡死現(xiàn)象。當(dāng)閥門打開時這一彈性變形立即消失，在啟閉過程中基本沒有相對磨擦，故使用壽命長。
2）電動閥門的外漏：其一是閥門與管路采用法蘭連接方式時，由于連接墊料、連接螺栓、以及連接件在低溫下材料之間收縮不同步產(chǎn)生松弛而導(dǎo)至泄漏。因此我們把閥體與管路的連接方式由法蘭連接改為焊接結(jié)構(gòu)，避免了低溫泄漏。其二是閥桿與填料處的泄漏。一般多數(shù)閥門的填料采用F4，因為它的自滑性能好、摩擦系數(shù)小（對鋼的摩擦系數(shù)f=0.05～0.1），又具有獨特的化學(xué)穩(wěn)定性，因此得到廣泛應(yīng)用。但F4也有不足之處，一是冷流傾向大；二是線膨脹系數(shù)大，在低溫下產(chǎn)生冷縮導(dǎo)致滲漏，造成閥桿處大量結(jié)冰，至使閥門開啟失靈。為此研制的低溫蝶閥采用自縮密封結(jié)構(gòu)即利用F4膨脹系數(shù)大的特點，通過予留的間隙達到常溫、低溫都可以密封的目的。
二、閥體、閥桿軸襯的設(shè)計要求
1）低溫閥門殼體結(jié)構(gòu)形狀。材料選擇的正確與否對閥門的正?？煽抗ぷ饔兄鴺O其重要的意義。電動蝶閥的結(jié)構(gòu)特點與電動截止閥、電動閘閥相比，不但避免了因形狀不規(guī)則，殼體壁厚不均勻，在低溫下產(chǎn)生的冷縮，溫差應(yīng)力所引起的變形，而且由于電動蝶閥體積小，閥體形狀左右基本是的稱的，因而熱容量??；予冷量消耗也??；形狀規(guī)則又便于對閥門的保冷措施。如新研制的D943H型碟閥為保證閥門在低溫下的可靠使用，完全按照低溫閥的特殊性進行設(shè)計和制造，如：殼體材料選擇了具有立方晶格的1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼等。
2）閥桿襯套的選擇：根據(jù)用戶反映，有些低溫閥門在運行當(dāng)中，閥門的轉(zhuǎn)動部位發(fā)生粘滯，咬合現(xiàn)象時有發(fā)生，主要原因是：配對材料選擇不合理，予留冷間隙過小，以及加工精度等原因所致。在研制低溫閥門時，采取了一系列措施，防止出現(xiàn)以上現(xiàn)象。例如：我們對閥桿上、下軸襯選用了具有摩擦系數(shù)小及自潤滑性能的SF-1型復(fù)合軸承，這樣可以適用于低溫閥門的一些特殊需要。
金屬密封電動蝶閥具有的特點是一些普通電動閥門所不具備的。尤其是流阻小、密封可靠、啟閉迅速、使用壽命長等。本公司研制的三偏心金屬密封電動蝶閥的密封力來自彈性環(huán)的變形達到密封，因而不需要借助介質(zhì)作用力，故可做雙向密封用。根據(jù)金屬密封電動蝶閥的一些特點將會被更多的人所重視。今后也會有更多的電動蝶閥應(yīng)用到低溫設(shè)備中。
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