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球阀密封的改进

发布于:2015-10-14 09:45

  一、球阀密封的现状与分析

  铸石球阀是在灰渣管路中比较理想的启闭装置,其上密封好坏直接影响阀门的质量和使用寿命。过去采用O形橡胶密封结构形式,即在轴上加工出的环形槽内放入O形密封圈,然后将其装配进套类零件上加工出的孔内,形成轴与孔的密封,这种结构的密封性能取决于设计时的过盈量,即O形密封圈的压缩量和孔、轴零件的加工精度。过盈量太小,密封性能差,过盈量太大,装配时容易挤坏O形密封圈,使密封失效。

  该密封结构简单,装配容易。但若轴、孔的加工精度不高或难以提高加工精度时,除基本的密封性能难以保证或难以进一步提高精度时,其主要的缺点在于密封材料,这种密封结构在气缸、液缸中还是很适用的,在灰渣水中所使用铸石球阀上密封就很难保证其密封性能了。原因在于球阀的开关属于部分回转型的,经常需90°开关。由于阀杆与阀体之间为动配合,有一定间隙,阀门在开关时介质作用在球体上的巨大推力,必然使阀杆产生一定倾斜,阀杆的力偏向的一边,那一边就磨损严重,而且灰渣水中含有大量悬浮物冲蚀着密封圈。引起阀杆部位O形密封圈寿命周期短,泄露现象经常发生,对现场环境也造成一定影响,因此决定对密封结构形式及材料进行改进,改进后的主要出发点是使其在轴、孔的装配中,能通过压缩量进行调整,不用大幅度地提高轴、孔的加工精度就能保证有效地密封。

  二、球阀结构改进和磨具设计

  1、X形密封圈结构

  X形密封圈四周都有密封面,在密封环里外面均有润滑槽,这种结构优于O形密封圈,安装精度低,使用可靠性好,无需维修,价格低,还可以通过垫片进行压缩量调整,现已被广泛用于各压力等级铸石阀门的密封当中,可以有效防止泄露现象的发生,极大地延长了阀门的使用寿命,提高了阀门的可靠性。

  2、X形密封圈材料

  X形密封材料采用聚氨酯(CPU)材料的,可以有效解决传统O形密封圈中所存在的问题。浇注型聚氨酯是现在国际上比较通过的一种密封材料,其弹性模量大,物理力学性能好,能承受较大的冲击载荷,且聚氨酯目前已经基本解决了抗水解问题,耐温等级也在不断地提高,大大扩展了聚氨酯的应用领域。用浇注型聚氨酯生产X形密封圈,工艺简单,制造成本低。其耐压等级可达60MPa甚至更高,保压效果也相当不错,基本可达零泄露。

  3、球阀密封原理

  其工作原理:当拧紧螺栓时,填料压盖向下运动压紧调整垫片,通过V形填料垫的挤压,使X形密封圈里唇、外唇同时贴紧轴和孔的密封面,保证可靠性的密封,其主要密封性能取决于装配时拧紧螺栓的压紧力,而与轴、孔尺寸精度无太大关系。

  4、磨具设计

  保证产品使用要求,符合设计要求;

  脱模、清模容易,操作方便;

  制造成本低;

  磨具材料适用45钢;

  收缩率按1.5%~1.7%设计;

  10°斜度定位没有飞边,制品精度得到保证,成品率高;

  磨具由上模、里模、外模组成。

  5、填料腔尺寸

  填料腔根据球阀压力和口径大小决定调料数量,宽度由轴的大小决定。压力0.6~2.5MPa、DN250mm以下防止一个X形密封圈;2.5~10MPa、DN300以上的放置两个X密封圈。填料腔尺寸深度由调料垫、压力传递环、X形密封圈高度决定的。

  6、压力传递环

  压力传递环是在高压和大口径时设置的,它被安装在两组X形密封圈之间,其主要作用是传递上面压力,改变X形密封圈受力状态,使X形密封圈受力并径向变形,达到密封性能。

  7、X形密封圈的有限元分析

  X形密封圈是一种唇形密封圈,是与压环(填料压盖)和支承环(填料垫)组合使用,它能够有效阻止介质泄露。

  8、X形密封圈受力分析

  X形密封圈受力是通过压环(填料压盖)压力传递给X形密封圈的,密封圈底部有支承环(填料垫)三点加力的方式进行的,轴与阀门孔的密封面受力均匀,可以得到较理想的密封效果。

  三、关于球阀密封的总结

  通过改进,阀门结构更合理,密封更可靠,节省原材料,降低了成本,又提高了使用寿命,改型快,投资少,满足了用户的需要。

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