Definicija jezgre i princip brtvljenja
Klinasti zatvarač je zabrtvljen mehaničkim klinom između klinastog diska i brtve sjedišta ventila. To je tipična jednostrana prisilna brtvena struktura. Osnovno načelo dizajna je korištenje geometrijskih karakteristika klinastog diska (kao što su kut klina, konus itd.) za povećanje pomoćnog opterećenja brtvljenja, kako bi se postiglo pouzdano brtvljenje pod uvjetima visokog i niskog tlaka. U usporedbi s paralelnom strukturom dvostrukog diska, klinasta vrata mogu se zabrtviti jednostranom-stranom klinaste sile, s kompaktnom strukturom i kontroliranim radnim momentom.
Mehanizam za ugradnju klinastog sjedala
Princip mehaničkog klina
Temeljni princip dizajna klinastih vrata leži u geometriji kuta klina (obično 5 stupnjeva -15 stupnjeva). Kada je disk zasuna zatvoren, kut klina proizvodi okomitu komponentu sile prema dolje, tjerajući disk zasuna u bliski kontakt s brtvom sjedišta ventila. Što je manji kut klina, to je jača sila klina, ali to mora biti uravnoteženo s radnim momentom. Na primjer, kut klina od 5 stupnjeva osigurava veći omjer pritiska brtvljenja, ali zahtijeva veći moment zatvaranja; kut klina od 15 stupnjeva lakši je za rukovanje, ali ima relativno niži omjer pritiska brtvljenja. Prema tehničkim dokumentima tvrtke Tianjin Kaiweis Valve Manufacturing Co., Ltd., raspon dizajna klinastog kuta proizvoda tvrtke strogo je kontroliran između 8 i -12 stupnjeva kako bi se uravnotežila učinkovitost brtvljenja i radna učinkovitost.
2. Usklađivanje materijala
- Tvrda brtva (metal-na-metal): sloj volfram krom kobalt s preciznom hrapavošću površine brušenja Manjom od ili jednakom Ra0,4 mikrona. Studija slučaja Olam Valve Technology Co., Ltd. pokazuje da je Stellite HRC veći od ili jednak 45 tvrdoće, 300% otporan na habanje i prikladan za visoke temperature i uvjete tlaka (manje od ili jednako 550 stupnjeva).
- Meka brtva (metal do ne-metala): kompozitne brtve PTFE/grafita ispunjene su mikroporama elastičnom deformacijom. PTFE pleteno pakiranje ima stopu kompresije od 15%-25%, stopu odskoka Veću ili jednaku Veću ili jednaku 85%, primjenjivi temperaturni raspon Manji od ili jednak 200 stupnjeva. Grafitne brtve imaju toplinsku vodljivost od 80 W/ (m·K), jaku sposobnost kompenzacije toplinske ekspanzije i prikladne su za niske temperature ili uvjete ciklusa.
Struktura vodiča
Kako bi se osigurao precizan i točan smjer klina, vodilica diska ograničava vodoravni otklon diska vrata, a stablo protiv-uvijanja sprječava da rotacija stabla uzrokuje neporavnanje površine za brtvljenje. Na primjer, određena vrsta klinastog zasunnog ventila ima dvostruki dizajn utora za vođenje koji održava horizontalni otklon zasunnog diska na ± 0,05 mm, uvelike smanjujući rizik od curenja.
Učinak pritiska medija na performanse brtvljenja
Pozitivni brtveni mehanizam
Dielektrični tlak djeluje na gornju površinu vrata, a vrata se pretvaraju u vertikalnu silu brtvljenja kroz klinastu strukturu. Eksperimentalni podaci pokazuju da srednji tlak od 10 MPa može proizvesti dodatni tlak brtvljenja od približno 3-5 MPa, što rezultira učinkom brtvljenja "samoojačavajućim". Kroz tehničku raspravu uspostavljen je model pretvorbe tlaka koji pokazuje da je pod pozitivnim uvjetima brtvljenja tlak brtvljenja linearno i pozitivno povezan s tlakom medija. Ograničenja obrnute brtve
Omjer tlaka ulazne brtve ovisi o sili klina, a kada je dielektrični tlak invertiran, lako je uzrokovati curenje. Podaci o ispitivanju Fujian Detsen Valve Co., Ltd. pokazuju da stopa propuštanja klinastog zatvarača metalne brtve može doseći 0,1 mm3/s u obrnutom stanju, znatno više od 0,01 mm3/s u obrnutom stanju.
Dizajn-uravnoteženog tlaka
Struktura kraja s dvostrukom brtvom: brzina propuštanja smanjena na manje od 0,01 mm3/s kroz samo-balansiranje pritiska medija. Na primjer, određeni tip dvostruko-zabrtvljenog čeonog klinastog zasuna ima smanjenje povratnog propuštanja od 90% pri 10 MPa u usporedbi s jednom-zabrtvljenom krajnjom strukturom.
Pomoćna brtva tanjuraste opruge: Sklop tanjuraste opruge osigurava konstantno predopterećenje (obično 5-10 N/mm2) za kompenzaciju fluktuacija tlaka. Neki brtveni ventili s oprugom održavaju stabilnu stopu propuštanja manju ili jednaku 0,005 mm3/s pri ± 2 MPa.
UVOD Razlike u brtvenim površinama Princip različitih materijala
Metalna tvrda brtva
Stellite kobaltni premaz zapečaćen je mehaničkom deformacijom i spajanjem s mikro-konveksnim površinama. Njegov primjenjivi temperaturni raspon je manji ili jednak 550 stupnjeva. Otpornost na abraziju je veća od ili jednaka tvrdoći 45, otpornost na koroziju, pogodna za paru, ulja visoke temperature idrugi mediji.
Ne-metalna meka brtva
- PTFE pleteno pakiranje: omjer kompresije 15%-25%, stopa odskoka veća ili jednaka 85%, pogodno za neutralne medije kao što su voda i zrak (manje od ili jednako 200 stupnjeva).
- Grafitna brtva: Toplinska vodljivost 80 W/(m. K), visoka toplinska kompenzacija širenja, pogodna za kriogenski tekući dušik (-196 stupnjeva ) ili cjevovode vrućeg ulja.
Kompozitna brtvena struktura
Usvojite 304L + PTFE dvoslojnu-brtvu: metalni sloj osigurava potporu, ne-metalni sloj osigurava brtvljenje. Prikladno za kombinaciju korozivnih medija i visokih temperatura. Spiralna brtva od grafitnog-nehrđajućeg čelika: Brzina propuštanja manja ili jednaka 1×10−4Pa·m3/s (helijski test) za zahtjevnije primjene kao što su vodikovi cjevovodi ultra-visokog tlaka. Studija slučaja tvrtke Changzhou Karls Fluid Control Equipment Co., Ltd. pokazuje da njena kompozitna brtva održava nulto curenje pri tlaku od 15 MPa.
Scenariji primjene i preporuke za odabir
Visok{0}}tlačne primjene
Za pokrivanje tvrdih brtvila s projektiranim tlakom do 16 MPa poželjne su legure volframa, kroma i kobalta. Na primjer, glavni cjevovod za napojnu vodu nuklearne elektrane, koji koristi 16 MPa-klinasti zasun, ne propušta-već 10 godina.
CryoApplications
PTFE meke brtve prikladne su za cjevovode s tekućim dušikom koji rade na -196 stupnjeva. Njegov koeficijent linearnog širenja (približno 10−4/ stupanj) kompenzira brtvene praznine. Projekt kriogenog skladišnog spremnika koristi PTFE brtvene ventile za održavanje pouzdanosti brtvljenja tijekom cirkulacije od -196 stupnjeva do sobne temperature. Korozivni mediji
Tijelo ventila od nehrđajućeg čelika 316L i brtvena površina Hastelloy C-276 otporna na koroziju iona klora (koncentracija manja ili jednaka 200 ppm). Prema Priručniku za odabir modela za opremu za termoelektrane, ova kombinacija ima vijek trajanja od više od 10 godina u sustavima za desalinizaciju morske vode.
Zaključak:
Načelo brtvljenja klinastih vrata postiže se mehaničkim usklađivanjem materijala za klin i dizajnom uravnoteženja tlaka. Razlike u izvedbi proizlaze iz izvedbe materijala i strukturne optimizacije. Prilikom odabira klinaste zasune treba uzeti u obzir radni tlak, temperaturu i dielektrične karakteristike kako bi se povećala pouzdanost brtvljenja i vijek trajanja.