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高温高压球阀主密封结构自补偿设计研究
2018-7-30 06:54 中国泵阀制造网 作者:佚名 点击:2946
【中国泵阀制造网 行业论文】在介质压力的作用下,会产生一个轴向推力,该推力会增加刮刀与阀球的契合程度,刮刀结构本身设计为可磨损型,当不断启闭造成摩擦磨损时,介质压力产生的轴向推力会驱使刮刀与阀球紧密配合,从而补偿刮刀的磨损量,从而达到自补偿密封的效果,该设计可以有效保护阀球,在维修时,只需更换刮刀结构即可,操作简单,且节约成本。

刘先冬,顾寄南

(江苏大学机械工程学院,江苏镇江212000)

摘要:为解决球阀在高温高压等苛刻运行工况中遇到的主密封结构密封面受到的摩擦磨损,导致的阀门泄露!密封性能降低等问题,从球阀的密封原理出发,针对现有密封结构优缺点进行了研究。将计算机辅助设计以及有限元分析技术应用到球阀的结构设计过程中,根据密封性能对密封比压的要求,分析了密封面宽度与密封比压的关系,提出了利用流体介质自身压力提供阀座轴向推力迫使阀座补偿摩擦损失的方法,从而达到了自补偿密封效果,并利用建模软件SolidWorks设计了自补偿主密封结构三维模型,利用自带网格划分插件进行了有限元仿真分析"研究结果表明:在产生摩擦磨损时,该设计能够通过自我补偿功能增加主密封结构的密封面宽度,从而降低了密封面上的密封比压,使得阀门密封性能得到提高。

关键词:主密封;密封面宽度;自补偿;结构设计

引言

高温高压球阀是近年来发展较为迅速的一类阀门之一,普遍运用到石油化工、煤化工等行业。这些行业中由于运行工况复杂、流体介质特殊等性质,对其密封性能有着特别要求,阀座密封等级要求达到美国流体控制学会ANSI / FCI70-2的class v级标准。在实际运作过程中,这类阀门最常见的失效形式就是主密封失效,球阀的主密封结构是由阀座和阀球配合密封而成,在阀门的加工精度和工作介质压差确定的前提下,阀门的主密封性能主要由其密封面上的密封比压(单位面积密封面上的压力)决定。

其中,阀座和阀球形成的密封面宽度及其压力角、工作介质的压差以及阀座所受到的的预紧力等是影响球阀主密封结构比压的主要参数,这些参数在设计上如果不合理,则阀门在启闭时就会出现扭矩过大、阀门无法完全开合等问题,导致阀门的密封性能受到影响,并且会致使阀球和阀座表面喷涂的涂层应力集中,从而使涂层产生裂纹、剥落。

本研究以高温高压球阀入口端的主密封结构作为分析对象,研究其设计与结构特点,提出一种新型自补偿主密封结构,并建立三维模型进行分析。

1 密封结构及性能

1.1 常见球阀密封结构及其优缺点分析

浮动球阀的密封方法是通过工作介质本身的压力把在阀腔内自由度未完全限制的阀球压往阀门出口端阀座上而达到闭合密封效果的,因此,在高温高压下就要求阀座有着较强的硬度与强度来承受这种压力。当阀门口径

较大或介质压力较高时,阀门开启力矩就很大。

弹簧压紧阀座结构如图1所示。

阀座 球阀 阀门密封 填料密封

图1 弹簧压紧阀座结构

1一金属阀座;2-填料;3-螺环;;4一板簧5-螺环

金属阀座1与阀体之间用填料密封。填料用螺环3压紧。阀座1靠螺环5和板弹簧4压紧在阀球上而保证阀门密封。这种结构的填料2及板簧4处于高温区,因此不能用于更高的温度,当压力较高或口径较大时,填料所需预紧力就要很大。

弹性阀座结构有两种型式,即通过弹簧力和金属阀座变形在密封面上建立初始比压并补偿阀座磨损,除了上述介绍之外还有一种弹性金属阀座密封结构,如图2所示。

阀座 球阀 阀门密封 填料密封

图2弹性金属阀座密封结构

1一金属阀座;2一弹簧槽;3 -斜而密封;4-螺环

当扭紧螺环4时,阀座1后端尖楔形部分变形被压紧在阀体上,使阀座和阀体压紧从而达到密封,同时使变形槽2产生轴向变形,阀座通过其弹性与球体间产生初始密封比压。变形槽的大小是该结构的关键,槽太大,弹力不足,槽过小,使阀座失去弹性,因此开槽的大小与数量必须在高温下由试验确定。

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(来源:中国泵阀第一网)

本文标签: 阀座 球阀 阀门密封 填料密封 
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