超低溫深冷金屬密封蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范

隨著工業(yè)技術(shù)的飛躍發(fā)展，對閥門行業(yè)提出了更加嚴(yán)格的要求，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。

    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。液化天然氣(LNG)是一種清潔、高效的能源。在環(huán)境問題日益顯著的背景下，天然氣作為清潔能源越來越受到青睞。由于這一趨勢，天然氣應(yīng)用技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，在液化天然氣因其高效而被經(jīng)常使用的運(yùn)輸領(lǐng)域尤其如此。我國近年來也越發(fā)注重對LNG的引進(jìn)，在沿海布置了大量的LNG接收站，而LNG從生產(chǎn)到消費(fèi)的整個(gè)流程中，需要用到大量的閥門，該類閥門屬于超低溫閥門之一。做為近年來發(fā)展迅速的蝶閥來說，在LNG的運(yùn)用中也越發(fā)重要起來。而國內(nèi)對LNG用超低溫蝶閥仍然是一空白。為此，研制開發(fā)LNG用超低溫蝶閥勢在必行。該系列閥門主要針對LNG工況介質(zhì)，公稱壓力150～600lb(1lb=0.454kg)，設(shè)計(jì)使用溫度-196℃，公稱通徑DN200～DN1000

    一、超低溫深冷金屬密封蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范密封性能的要求：

    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(shí)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(yàn)，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(gè)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(shí)，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(dá)到的。因此當(dāng)閥體或蝶板在低溫下產(chǎn)生變形時(shí)，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(shí)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(shí)，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?yàn)樗淖曰阅芎谩⒛Σ料禂?shù)?。▽︿摰哪Σ料禂?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、超低溫深冷金屬密封蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范閥體、閥桿軸襯的設(shè)計(jì)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??；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(jì)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(shí)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(shí)，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。本公司研制的三偏心金屬密封蝶閥的密封力來自彈性環(huán)的變形達(dá)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)蝶閥的一些特點(diǎn)將會被更多的人所重視。今后也會有更多的蝶閥應(yīng)用到低溫設(shè)備中。本發(fā)明涉及一種超低溫工況下的深冷蝶閥用金屬閥座密封結(jié)構(gòu),包括閥體,閥板和安裝在閥體上的閥蓋,在閥體的軸孔中安裝傳動軸,閥板安裝在閥體的內(nèi)孔中,在所述閥板和閥體之間設(shè)置有保持架;特征是:在所述保持架和閥體之間分別固定內(nèi)側(cè)O型圈和外側(cè)O型圈,內(nèi)側(cè)O型圈由定位環(huán)壓緊在閥板上.所述外側(cè)O型圈和內(nèi)側(cè)O型圈包括外層的金屬層和包覆在金屬層內(nèi)部的彈簧.所述內(nèi)側(cè)O型圈和外側(cè)O型圈之間無縫連接.所述定位環(huán)通過壓圈壓緊在閥體上.所述彈簧由鎳鉻合金材料制成.本發(fā)明在-254℃的超低溫環(huán)境下仍能保持良好的彈性;內(nèi)外O型圈之間無縫連接,避免了介質(zhì)從定位環(huán)處產(chǎn)生滲漏;有效延長了閥門的壽命,降低了維護(hù)成本,提升經(jīng)濟(jì)效益.

超低溫深冷金屬密封蝶閥設(shè)計(jì)規(guī)范
    因?yàn)榈y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。