低溫閥門中對金屬密封蝶閥的要求

    隨著經(jīng)濟與工業(yè)技術的的飛躍發(fā)展，日新月異的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。
    蝶閥具有結構緊湊、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，因此得到廣泛的使用。
    但我國在一些低溫裝置，如天燃液化設備、空氣分離設備以及變壓吸附設備等化工行業(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，以及其它一些因結構不合理等原因造成介質(zhì)內(nèi)漏和外漏的現(xiàn)象，嚴重的影響這些低溫設備的安全和正常運行，不能滿足低溫設備的要求。
    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行結構上的改進，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)結合其結構特點，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。當閥門關閉時，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，最終導致彈性密封環(huán)與橢圓密封面全部接觸。它的密封是依靠彈性環(huán)產(chǎn)生變形而達到的。
    因此當閥體或蝶板在低溫下產(chǎn)生變形時，都會被彈性密封環(huán)來吸收補償，不會產(chǎn)生泄漏和卡死現(xiàn)象。當閥門網(wǎng)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構，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)，又具有獨特的化學穩(wěn)定性，因此得到廣泛應用。
    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)生冷縮導致滲漏，造成閥桿處大量結冰，至使閥門開啟失靈。為此研制的低溫蝶閥采用自縮密封結構即利用F4膨脹系數(shù)大的特點，通過予留的間隙達到常溫、低溫都可以密封的目的。
    二、閥體、閥桿軸襯的設計要求
    1)低溫閥門殼體結構形狀。
    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。蝶閥的結構特點與截止閥、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。如上海維旺迪閥門新研制的DD363H型碟閥為保證閥門在低溫下的可靠使用，完全按照低溫閥的特殊性進行設計和制造，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，有些低溫閥門在運行當中，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。