低温球阀阀杆密封填料的能试验与研究.doc

低温球阀阀杆密封填料的性能试验与研究发布时间：2011-03-07点击数：985球阀的填料密封结构（图1）通常由带凸台的阀杆、环形凸缘的阀体孔、填料、弹簧垫圈、螺母及顶压螺母等组成。当旋紧螺母时，压缩弹簧垫圈.并带动阀杆向上移动。在阀杆凸台与垫片及阀体孔环形凸缘的共同作用下，挤压上下填料。此时填料压缩， 轴向压缩量为。 温度下降时填料收缩，阀杆亦收缩。当填料收缩超过填料回弹极限，填料与阀杆凸台和阀体孔端面将失去压紧力，端面密封失效。如果填料收缩后仍在回弹范围，填料仍受压缩，但减小，压紧力也减小。当单位压紧力仍大于12倍管线介质压力，介质就不会泄漏。控制填料低温的单位压紧力，是低温密封的关键。填料低温单位压紧力（由于填料与接触件已预压紧，可认为是应力）计算式为 b1+b2=-bt-bt （1） Nm=Nn 式中b-填料常温自由厚度，mm b1-填料低温条件变量，mm b2-阎杆低温条件变量，mm -常温装配时填料压缩量，mm -填料冷缩系数 -阀杆冷缩系数 t-温度下降量， b-填料压缩后厚度，mm b=b- Nm-填料收缩及弛张后低温时的轴向张力，MPa Nn-阀杆低温时的轴向张力，MPa Em-填料低温压缩弹性系数 En-阀杆低温压缩弹性系数 Fm-填料低温截面积，mm2 Fn-阀杆低温截面积，mm2 （2） 因很小，故bt可忽略。式（2）得 当P2P（介质压力）则可实现端面密封。聚四氟乙烯Em=400450MPa，柔性石墨Em=1502O0MPa，2Cr13的En=2.1104MPa。 填料轴向压缩后产生径向弹性变形，由此产生的径向力阻挡了管线介质的泄漏压力。管线介质泄漏压力从介质源头起.在阀杆轴向沿程一般呈抛物线或对数曲线减弱。单一填料在阀杆上的轴向力，从压紧作用点起亦呈指数规律减小，其横向变形亦相应减小。因此填料在阀杆轴向力作用点始，沿程任何一处的压缩产生的单位径向力，必须大于介质措程任何一处的单位泄漏压力（选取最大值），才能可靠控制阀杆轴向和阀体孔轴向表面泄漏。由于阀体孔和阀杆的轴向压紧填料的力与介质泄漏压力为同方向，所以低温时压紧力处处大于泄漏压力（曲线上对应值）就可保证密封。如果曲线上压紧应力在某处小于该处泄漏单位压力。则找出该处断面进行计算。计算时，由于阀杆系金属，直径也相对较小，收缩系数也小，可认为阀杆直径尺寸不受温度影响变化。因此只计算填料在温度变化后弹性变形及产生的径向应力即可，对于单一填料 式中-低温时填料轴向压缩应变量，mm -低温时填辩径向压缩应变量， -填料在低温工况时的波桑系数 -填料在低温工况时的阀杆轴向应力，MPa 1-填料在低温工况时的阀杆径向应力，MPa 1P可实现径向密封（未考虑摩擦系数的影响）。对于多种填辩间隔叠合排列，其密封效果和寿命有所提高，其径向力可根据上述公式，对不同填料结构乘以其修正系数后求出。一、温度波动工况的填料密封结构 在温度波动工况。填料使用柔性石墨与聚四氟乙烯重叠的密封结构（图2）。用聚四氟乙烯包覆柔性石墨（聚四氟乙烯较薄，柔性石墨较厚，仍可认为是单一填料）。聚四氟乙烯具有优良的不透气性及不渗水性，强度较大。缺点是收缩系数大，回弹性差。柔性石墨的优点是收缩系数小. 回弹性好。缺点是强度差，有微孔。 复合填料可以克服其单一填料存在的不足。在温度下降时，柔性石墨收缩很小， 压缩后，轴向和径向回弹性很大，可以保证在轴向压缩后仍有很大的轴向及径向回弹力，对泄漏介质可具有很大比压，达到可靠密封。柔性石墨由于强度小，同时由于它有微孔隙，长时间密封后有微泄漏。在外层包覆聚四氟乙烯，其强度太，可承受较大压力，同时具有不透气和不渗水特点，它们的叠合密封，可以长时间使液体和气体不泄漏。这种结构可提高填料在深冷、高温及常温工况下的密封性。 为防止温度上下波动造成柔性石墨等软填料挤入阀杆孔中，在阀杆孔与填料间装有内弧形挡圈，半包住填料，使填料不能挤入阀体孔内，同时也减小了填料与阀杆的摩擦表面积。为保证温度波动中填料密封，还必需使用胀缩系数较小的阀杆金届材料和注意阀杆表面粗糙度，防止温度波动中密封副的磨损和破坏。还要注意螺母的自锁性，才可长期顶紧弹簧垫圈，压紧填料。 在填料回弹范围，尽量使用大压缩量。这样在温度下降和应力松弛等条件下，填料收缩时仍对填料有足够的压紧力，密封更可靠。为了减小温度下降的收缩量和温度上升可能对填料的破坏，选择1520条件装配较好。此外常规的内外端面双重密封结构对温度波动中密封有积极效果。内端填料若不能保证轴径向密封，阀杆孔外端填料应起辅助密封作用。另外，使用多类不同填料叠合并间隔排列，是利用凹凸环形间隔排列的原理，使液体和气体在阀杆轴向泄漏的介质经凹凸环槽间多次膨胀，从而多次减压达到更可靠的密封。由于各种不同填料波桑系数不同，填料对阀杆的侧压力正如凹凸环槽一样有太有小，使液体和气体沿轴向在压力小时膨胀和减压，多次循环，达到可靠密封。二、测试 试验样品采用外径16mm，内径10mm，总厚度9mm（聚四氟乙烯厚lmm，柔性石墨厚mm），阀杆10mm（材料为2Cr13），粗糙度Ra0.2m，装配温度18 。气体试验压力0.6MPa，试验温度-50，在调节阀标准规定开关15000次后，进行泄漏测试（阀杆