彈性變形能密封原理與密封座結(jié)構(gòu)模塊化

如果次級(jí)主密封采用彈性體橡膠，無(wú)論是圓形截面或三角形截面，它的密封原理已經(jīng)發(fā)生了根本的變化，這一原理稱為彈性體的彈性變形能自密封原理 （self-energying），如圖3-35所示。

圖3-35 （a）中，在彈簧預(yù)緊力作用下，當(dāng)介質(zhì)壓力為零時(shí)，彈簧力將閥座推向球體；圖3-35 （b）中，三角形橡膠圈承受了部分的壓縮；圖3-35（c） 中，在介質(zhì)壓力作用下，作用在密封座上的力，把閥座進(jìn)一步推向球體，在三角形密封圈進(jìn)一步產(chǎn)生壓縮；圖3-35 （d）中，根據(jù)三角形密封圈彈性體自身變形能密封原理，介質(zhì)壓力進(jìn)入三角形密封圈的內(nèi)側(cè)壓迫彈性體產(chǎn)生變形，彈性被壓縮后要求恢復(fù)初始形狀的力，作用在球面上，獲得可靠的密封效果。

先考察如果用高分子材料，如PTFE作為次級(jí)主密封的密封環(huán)材料，那么在由于壓差引起的介質(zhì)力作用在閥座上，推動(dòng)閥座與球體接觸，高分子材料上的接觸應(yīng)力，使密封環(huán)發(fā)生宏觀變形，達(dá)到密封效果。 這個(gè)力所產(chǎn)生的接觸應(yīng)力，稱之為比壓g，必須大于密封的必需比壓％，這一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，高分子材料不是一個(gè)彈性體，在介質(zhì)壓力下發(fā)生局部的彈塑性變形。

如果用彈性體橡膠作為密封環(huán)的材料，密封的機(jī)理發(fā)生了變化，作用在閥座上的介質(zhì)力只是把閥座推向球體，這個(gè)力不需要很大，而真正密封的力是介質(zhì)進(jìn)入到彈性體凹槽的一側(cè)，壓迫彈性體發(fā)生彈性變形，像一個(gè)彈簧被壓縮一樣，彈性體通過(guò)自身要求恢 復(fù)初始形狀的力，作用在球體表面，這一密封原理稱為self-energying，翻譯為彈性體自身變形能密封原理。顯然這一密封效果好得多，只要合理地選擇凹槽與球面的間隙，其密封壓力差zui高可達(dá)到320 bar。所以橡膠彈性體很快在管線球閥中獲應(yīng)用，取得很好的效果。在非耐蝕性的介質(zhì)中取代高分子材料PT- FE。正是由于這一密封原理的變化，才有可能將閥座設(shè)計(jì)成具有雙活塞效應(yīng)的隔離型閥座。但帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，就是如何滿足ASMEB16.34關(guān)于腔體壓力泄放的規(guī)定。在API 6D標(biāo)準(zhǔn)中有相應(yīng)的規(guī)定，就是另外設(shè)置一個(gè)壓力泄放裝置，當(dāng)腔體壓力超過(guò)額定壓力1.33倍時(shí)，泄放裝置應(yīng)自動(dòng)打開。發(fā)生這種情況的可能性只有液態(tài)介質(zhì)被夾持在腔體內(nèi)，而且當(dāng)環(huán)境溫度或者使用工況的溫度發(fā)生變化時(shí)，有可能使被夾持在閥腔中的液態(tài)介質(zhì)發(fā)生相變，而導(dǎo)致壓力驟然升高時(shí)才有可能發(fā)生。因此，供方需要提醒，需方需確認(rèn)，在合同中明確是否需要設(shè)置泄放裝置。

有的時(shí)候，需方要求閥門具有“雙活塞效應(yīng)”， 即進(jìn)口和出口閥座同時(shí)具有密封功能，而又不希望設(shè)置安全泄放裝置，這樣可以將進(jìn)口端閥座設(shè)計(jì)成截?cái)嘈烷y座（單向截?cái)啵隹诙嗽O(shè)計(jì)成隔離型閥座（雙向隔離），即腔體壓力驟然升高時(shí)，介質(zhì)向進(jìn)口端排放。這樣，就整個(gè)閥門而言，閥門是有流動(dòng)方向的， 是單向的（indirection），不是雙向的（bi-direction）

應(yīng)予以注意，并在殼體上有介質(zhì)流向的標(biāo)志。這種功能在API 6D中，稱為D&n雙隔離與排放功能，即一只單向截?cái)嘈烷y座與一只雙向隔離型閥座。而通常的雙活塞效應(yīng)稱為D&I雙隔離排放功能，即兩只雙向隔離型閥座。

這種軟密封閥座的另一個(gè)問(wèn)題是閥門開啟過(guò)程中流體通道喉部截面處的負(fù)壓效應(yīng)。無(wú)論是Cameron 用PTFE或尼龍作密封環(huán)的組合密封結(jié)構(gòu)，還是 Grove以用彈性體橡膠作密封環(huán)的組合密封結(jié)構(gòu)，在閥門的開啟瞬間，在高壓力差的情況下，都會(huì)發(fā)生負(fù)

壓效應(yīng)，而積聚在密封環(huán)槽內(nèi)的高壓介質(zhì)與通道介質(zhì)產(chǎn)生壓差，這一壓差引起的力，足以使密封環(huán)從槽中吹出而損壞。

在開啟瞬間，閥門的流通截面很像一個(gè)拉伐爾噴管的通道，在zui小截面處（喉部），可能出現(xiàn)了聲速流動(dòng)，根據(jù)伯努利方程能量守恒原理，壓力能變?yōu)閯?dòng)能，在喉部速度增加，壓力降低，形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)。 這種情況對(duì)于氣體尤其危險(xiǎn)，如出現(xiàn)聲速流動(dòng)時(shí)，負(fù)壓區(qū)的壓降可能達(dá)到0.77MPa，可能將密封環(huán)撕裂。

為了防止這一情況的發(fā)生，結(jié)構(gòu)上采用兩種方法，一是有效的固定，如金屬閥座翻邊，加壓板固定，或過(guò)盈配合嵌人槽內(nèi)。另一種方法是在密封環(huán)凹槽內(nèi)，設(shè)置一組泄壓的孔將凹槽內(nèi)介質(zhì)壓力泄放至出口低壓側(cè)。這組小孔設(shè)置在閥門的水平位置，在15° 角的區(qū)域內(nèi)。它的效果是改變了作用在密封環(huán)上力的方向，保護(hù)密封材料不被損壞。

管線球閥的組合密封座發(fā)展至今，基本上已漸趨標(biāo)準(zhǔn)化，可以分為兩種情況。

（1）熱塑性高分子材料

由熱塑性高分子材料作為密封材料的組合密封座，其密封材料按不同工況（壓力、溫度和介質(zhì)）給予選擇，例如：

①填充PTFE塑料適用于閥門Classl50?600壓力級(jí)；

②DELON適用于閥門Classl50?2500壓力級(jí)；

③P. CTFE適用于閥門Classl50?1500壓力級(jí)；

④尼龍NYLON與LAURAMID適用于閥門 Classl50?2500 壓力級(jí)；

⑤PEEK適用于閥門Classl50?2500壓力級(jí)；

© VESPEL （polyimide）適用于閥門 Classl50?2500壓力級(jí)。

它們的結(jié)構(gòu)與使用溫度范圍如圖3-36所示。

（2）橡膠彈性體

由橡膠彈性體作為密封材料的組合密封座，其密封材料的截面形狀可以做成0形的或三角形的 （deltaring）,橡膠的邵氏硬度為98，并牢固地被鎖定在凹槽內(nèi)，其適用范圍的閥門壓力級(jí)為ClaSS150?900。zui常用的橡膠材料：T49/TBSh98（HNBR ）； T58sh98（FKM ）全氟醚橡膠；T58/VED （FKM 防 爆型）防爆型全氟醚橡膠；T58/GLTsh989 （FKMGLT）全氟醚橡膠。其適用的溫度范圍如圖3-37 所示。    

來(lái)源：上海自動(dòng)化儀表銷售網(wǎng)（www.40017.net）

來(lái)源：http://www.40017.net/info/jishu_41f5624d6e5771fd.html