低溫閥門中對金屬密封蝶閥的要求與應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)與工業(yè)技術(shù)的的飛躍發(fā)展，日新月異的高新技術(shù)和人們對閥門的需求，使得閥門業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。尤其是蝶閥在低溫介質(zhì)中的使用，除了能滿足常溫狀態(tài)下一般閥門所具有的性能之外，更重要的是在低溫狀態(tài)下閥門密封的可靠性，動作的靈活性以及對低溫閥門的一些其它特殊要求。

      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(diǎn)，因此得到廣泛的使用。

      但我國在一些低溫裝置，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)所采用的閥門有80%以上還是截止閥或閘閥，采用蝶閥的數(shù)量很少。其主要原因是金屬密封蝶閥在低溫狀況下密封性能表現(xiàn)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)漏和外漏的現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響這些低溫設(shè)備的安全和正常運(yùn)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，因此對金屬密封蝶閥進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，開發(fā)了三偏心純金屬高密封性能的蝶閥，這種蝶閥無論介質(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(diǎn)，僅對低溫性能方面作簡單介紹。

      一、對低溫碟閥密封性能的要求：

      低溫閥門產(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(jìn)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(dá)0.12mm左右，這是造成內(nèi)漏的主要原因。

      新研制的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)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，zui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(dá)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(bǔ)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）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*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(diǎn)，通過予留的間隙達(dá)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常可靠工作有著極其重要的意義。蝶閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與截止閥、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，而且由于蝶閥體積小，閥體形狀左右基本是的稱的，因而熱容量小；予冷量消耗也小；形狀規(guī)則又便于對閥門的保冷措施。如上海眀精防腐閥門新研制的DD363H型碟閥為保證閥門在低溫下的可靠使用，*按照低溫閥的特殊性進(jìn)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(yùn)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。金屬密封型蝶閥具有的特點(diǎn)是一些普通閥門所不具備的。尤其是流阻小、密封可靠、啟閉迅速、使用壽命長等。