控制阀门软密封内件的改进

1、内容介绍：

在现代动力工厂电通过控制阀门的压力降越来越高，使阀门在各种严峻工况下。长期存在的泄漏问题越来越受到人们的关注，流体控制阀门的姆温矿造成的经济损失很大，它不仅造成能源的浪费，更重要的是由于泄。漏会引起密封表面的沟蚀和产生涡穴，并由此引起阀很快失效和损坏。使整个生产过程中断。

本文介绍一种无泄漏阀门的使用范例。这是在进给泵的循环系统中使用的，该阀在整个使用过程是处于关闭状态，通过阀门的压力降很大。阀门在这种工况条件下，如果阀座产生泄漏，就会出现一条泄道。当阀门密封内件表面出现这种泄道时，由于阀门前后的压力降很大，流体就会从高的流速冲刷阀座表面。即使泄漏通道相当微小，也会由于流体高速冲刷而产生激烈磨蚀，使密封表面很快地出现蚀沟、造成阀门功能失效。

在现代工厂中，由于单进给泵再循环系统的阀门泄漏所造成的能量损失是相各可观的，大约每释能浪费100，600美元，如果再将因阀门报废而形成的停工维修带来的损失考虑进去，则会大大超过这个数值。

人们发现金属阀座的阀门已经不能适应这种使用要求，而过去采用的软密封阀座也只能有效地被用在少数的情况，这主要是受到密封材料本身的限制和软阀座在流体中冲刷作用下难以定位的影响。

为解决这方面的难题，近些年来人们在软密封结构设计方面进行了很多努力，也取得了一些进展和成功。现将一种新颖的能保证关闭性能的软密封内件结构介绍如下，它能在阀门长期使用中保证泄漏量为零。

2、金属阀座的使用情况：

当前在阀座密封方面有两种常用的方法：金属对金属和金属对软材料阀座的密封。

金属阀座的设计结构如图1所示，它是在密封塞体和阀座之间采用不同的角度来实现线接触密封的。采用这种方法时，驱动装置的推力是作用在一个很小的窄条上，因此在阀座上所产生的应力也只是作用在很小的面积上，其局部应力值很大。从图2中还可以看到，阀座接触表面的微观结构中存在着许多各式各样的凸峰和凹沟，为了实现关闭时阀座完全不泄漏，其关闭力必须很大，以足够使那些凸峰部位压入到阀座表面里去，只有这样才能保证塞体四周各部位形式完全密封接触。这种密封接触方式虽然能够做到，但要想保证在几次重复关闭中都能实现可靠的密封是不可能的。如果一旦出现了泄漏，则很快就会在密封面上发生蚀沟和涡穴现象，特别是在阀门用在压力降很大的情况下，这种现象更会很快出现。

虽然采用硬质合金或．其它硬金属阀座能够具有良好的耐冲蚀能力，但在压力降为l25巴的工况下，要想找到这种能保证不泄漏的金属材料是不可能的。

从另外一方面看，要想做到一点不泄漏，必须要使关闭赛体和阀座的配合十分理想，这也是办不到的，因为目前的机械加工能力不能制造出这样的理想表面。

当前，金属对金属密封的阀座结构应用十分广泛，而且大多数都能获得满意效果。但是把这种密封副结构是用在压力差很大的场合时，就会出现众多问题。其主要的一点是，这种工况使用条件下，必须要符合ANSIB16.104种关于6级泄漏标准要求，而金属密封副对于这样的标准是很难达到的。（参见附录A中的允许泄漏率，该泄漏率是上述标准规定的）正是基于这种原因，使得阀门制造厂家开始转向对弹性软材料关注，相继研究出一些不同材质的阀座蜜丰富，他们可以满足在较高压力降下的泄漏要求和寿命。

附录A：

根据ANSIB.16.104的规定，通过阀门密封内件时所允许的*大泄漏率为：

试验条件：试验介质：空气或氮气
温度：10—52℃
压力：介质的公称压力或3.5巴

3、早期的软阀座结构

所谓软阀座结构是将弹性材料与关闭件做密封配合。(如图3所示)当阀门处于关闭状态时，塞体的凸起表面嵌入到弹性材料中，该处的弹性材料贝V变形包，围住塞体表面，由此来确保严紧的密封效果。同时对于阀杆也不致于受到过大的推力，由此可见阀门在关闭时仅仅用适当的力就可以确保密封，而弹性材料本身也能够持久地支承住这个关闭力。这一点对于开启长期处于关闭的阀门特别有意义。

由于软佣座表面不是发生长久性变形、所以能保证塞体和阎座多次重复启闭时的密封性。此外又因为弹性材料的阀座能够修正密封副在同心度方面的较小偏差，所以对于阀座和塞体的制造位置精度要求可以较低。

但是，这种形式的软阀座结构也有一些弊端，首先奉难于限定关闭力的大小，即使当关闭件接触到弹性阀座时，关闭动作也不能适当停止，因而角弹性材料容易出现长久性变形，尤其是当阀门长期处于关闭时，由于阀座长期受到过载压力而使其出现长久变形，守且开启后再关闭财就容易失效。

其次，，在阀门开启过程中，由于阀座*外层表面起刻节流作用，而此时软阀座要承受得大的压力降，使得阀门在刚一打开的短时间内出现介质的高速流动，这将对阀座表面产生冲蚀，造成软阀座表面的迅速破坏。

早期研制使用的这种软阀座结构广在现代工厂中的一般工况下，仅仅能维持几次开关，而且也只限于使用在50毫米口径以下和压力降小于175巴的情况。对于口径和压力降大于上述参数的条件下，是会很快发生问题的，较大口径的阀座往往很快出现沟蚀，并且由于高流速和大流量的原因还会造成阀座嵌入部位的脱离，而使整个阀座损坏。

4、自激式软阀座结构

随着动密封技术和所用材料的不断发展，人们也试图将这些技术和材料应用在阀门密封内件上，实即证明在有些场合下对于压力于衡和穿阀座的应用方面畴实得到了成功。

图4为自激式密封内件的典型结构，它是一种软阀座的平衡式单阀座。在这种结的设计中是用一种弹性密封座来代替支承套中的金属阀座，并在其中安置了一个支承弹簧。其工作原理是这样的：当在阀体内腔表面有压力作用时，密封阀座膨胀，使其与壳体和塞体底部接触，这样就可从利用阀体内部介质的压力实现自激密封。从图4可以明显看出，弹簧是U形嵌入在软阀座之内的，在其受内压作用撑开时，可使阀座与内体，塞体紧紧相连，并实现6级的标准密封。这种U形的弹簧密封阀座不仅能提供—定的初始密封力，而且当阀门开启时内座的外缘能够保证离开塞体下端，使介质畅通。

虽然自激的U形弹簧能够提供初始的密封接触负载，但是主要的密封作角力还是来源于内部流体进入U形部位中所产生的张力，由此才确保可靠的关闭作用。

为了防止阀门关闭时出现过大的关闭压力，在阀体中腔密封件中安装了一个机械止动块，该止动块在阀门实现适当关闭时能保证塞体轻轻地与密封座接触。如果一且出现软密封失效时，该止动块还可以起到补偿作用。

这种密封形式可以成功地应用在75毫米口径以上的阀门，压力降可以达到300巴。但是，这里有个问题应该引起注意，一个是塞体与支承套之间的空隙不能太大，过大会导致密封失效。二是当阀门刚刚打开对的瞬间，在密封件外缘处分于介质产生较急的湍流，会造成密封件的振动，使密封材料出现疲劳破坏。

上述问题目前已通过在座环的内径上方增设一个凸缘而得到解决，这样就可以起到保护软阀座的作用，如图5所示，这种方法完全可以用在上述口径和压力的阀门中。

5、*近的研制情况

在进给泵再循环系统的阀门使用过程中，由于阀门泄漏造成的经济损失已经引起人们的极大关注，随看对于阀门泄漏问题的**解决，使得用户节约了很多能源，同时这方面的课题研究也越来越受到重视。通过有关阀门设计人员的不断研究，—使其认识到要想**成功地解决泄漏，还必须要想办法将节流面远离软阀座，图6则是基于这种想法的设计结构。

在该结构设计中，阀门的关闭组件是由一个主要的外寨体和一个内塞体组成，其中内塞体是由一组弹簧和带有螺栓来支承的。当阀门关闭时，内塞体在弹簧作用下从外阀体中伸出，使其前面的金属与阀座环的金属部位相接，r实现阀门的关闭密封。

在阀座环本体中嵌入了一个弹性座环，当阀门开始实现关闭时，该内嵌座环被隔离于流体的关闭区域。这时的关闭作用是由内塞体接触座环内表面实现的。是属于金属。对金属的关闭阻止了介质的流动。这时如果继续向下关闭阀门，则会压缩介于内外。塞体间的弹簧，使外塞体的密封表面开始接触阀座环的弹性嵌入座环，因而可实现满足ANSI B16．104有关6级的密封要求。

阀门开启过程是这样的：驱动装置开始上升提起外塞体，使其离开阀座的弹性嵌入座环，此时借助于内塞体与阀座环金属部位的接触而保持着密封性能。继续实施开启动作就使内寨体脱离开阀座，介质流通。采用这种结构可以实现二次启闭动作，从而保护了弹性阀座，使其免受因介质流动而造成的湍流和沟蚀的损伤。

这种软阀座密封内件结构的成功运用，主要是利用了热塑聚合物技术的发展，目前这种热塑材料在机械性能方面已经能够与锡比美，因此可以用它作为主要的弹性材料用于密封元件。下面的附录B列出了一种这样材料的主要机械性能。

6、介质中来带的固体颗粒

附录B：一种软阀座用弹性材料的主要物理性能。

对于阀门设计人员来说，当考虑将这种软密封技术应用在流体输送中时，有一个问题是应该引起注意的，这就是流体介质中所夹带的固体颗粒，虽然这种现象对于所有的阀门在设计时都应给予考虑，但对于软阀座的阀门则是关系更为重要。这主要是因为介质中夹带的固体颗粒时，极容易卡止在塞体和阀座中间，妨碍了阀座的密封，会引起泄漏，继而由于介质的高速冲刷而使阀座表面被冲蚀破坏。

对于上述具有二级关闭作用的软阀座密封装置，即使出现了这种克里卡旨在内塞体的金属与阀座金属部位之间，也不会有什么危害，因为还有外塞体与软阀座能起到补充密封作用。

大多数软阀座结构的阀门能够适用于密度不大，直径小于1.5毫米的固体颗粒。从另外一方面看，对于金属发作来说，如果遇到固体颗粒的硬度大于塞体或阀座表面时，就会完全破坏阀门的关闭性能。一般来说，处理这种问题可以采用泵进行抽空过滤，但这种办法的主要缺点是在过滤网下游的管子中的铁锈、焊渣都会借此进入到阀门中，这种现象在开始抽滤阶段就可以在阀座上明显表现出来。要想防止上述现象的发生，可以利用在阀座上贴合一个过滤元件，而且还可以将它做为整个阀门密封组件的一部分，如图7所示。从图中我们可以看到，这个过滤元件位于阀座环的下面，是被一组凹头带肩的螺钉固定的。该过滤元件能够挡住对阀座有损害的较大尺寸的固体颗粒，而一些细小的颗粒虽然能够通过该元件，但不能引起阀座损坏，因为前面已经提到，软阀座能够适应直径小于1.5毫米以下的固体颗粒。

这种过滤元件在设计时应该考虑到它的可拆性，以便进行情洗。对于进给泵再循环介质来说这一点很重要，因为介质始终要保持一定的小流量。除此之外，还要考虑到过滤元件的**保险性能，即能够在较多颗粒被挡住时，也就是说当通过阀门的介质压力降明显增大时，该过滤元件能够自动破裂，因为只有这样才能保证整个再循环系统的主要作用，即保证总有较少的介质流经泵。

7、结论

随着阀门产品苛刻的使用条件不断增强，对阀门结构设计的要求也不断提高，同时也促进了工程材料的发展。由于对阀门各种特殊需求，要求生产厂家不断地研制密封部件，以满足现代工业发展的需要。

图8是一种用于进给泵再循环系统中的*新结构阀门。该阀的密封内件是根据压力分布原理而设计的，当流体流经密封组件产生压力降时不出观涡流现象，(压力降一股容易引起涡流)该密封内件利用金属阀座和软阀座二次密封来实现6级关闭性能，同时还装备了过滤元件以避免因其它物体而造成设备损坏。

这种特殊的阀门目前已成功地被大量应用在进给泵再循环水的控制系统中，而且将考虑把它正式用在节能方面。