球阀金属密封副高温压力密封的探讨.pdf

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1997年第4期
球阀金属密封副高温压力密封的探讨
TH199
江苏台遗机厂'王舟一
CHB
摘要对前回内生产的球阅使用度进行了分将。叙逑了为提高球间使用温度,采用金属密
封刮时应着重考虑的问題。提出了用率面形成密封刮凹球面的加エ方法。
A
叙词,球?密封
る。立、力
采用以聚四氟乙烯为阀座密封材料的球阀
随誊现代科学技术的发展,高温流体管路
得到了广泛的应用,但它在使用温度和压力方系统在工业中的应用日益增多。如何提高球阀
面有很大的局限性。聚四気乙烯密封材料在高使用温度是球生产厂和用户极为关心的问
温和压力作用下易产生塑性蛞变,造成密封失题。采用新型非金属材料来提高球阀的使用温
效。虽然在聚四乙烯中填充玻璃丝、二碗化钼度?国外有许多报道和实例,如美国用硬石浸
和碳素纤维等树料后,在一定程度上改善了阅漬树脂做座密封材料(美国专利
座密封的高温怪能,但偶座封團材料没有VS4290581)·使用温度可达500℃。国内这方
脱离以聚四为基体,从而球阀的使用温度受面的研究起步较迟,未见有突破性报道。国内
到聚四瓠乙烯结晶溶化温度326-7C的制约。般球生产厂缺乏对新型材料的开发能力,所
图1由法国梅卡球阀工业公司提供的球阀使用以从金属密封副着手,选择合适的金属材料及
温压曲线就说明了这个问题
可行的加工工艺满足阀「门的使用要求,是国内
球阀生产厂提高球阀使用温度的可行途径
为使金属密封副能在高温压力作用下可靠
的工作,甚至达到气池级密封,就要对金属密封
副及高温压力密封失效形式有一个定性的认
识。对金属密封副因加工带来的形位误差有一
个较为理想的解决方法。金属密封副的高温压
力密封失效因素很多,这里着重从以下几个主
要方面考虑予以解决
1、硬度
金属材料的硬度随着温度升高而下降,图
2列举了几种金属材的硬度随温度变化的情
况。一般来讲当密封副表面硬度小于3倍的密
0
封副平均接触应力时,密封副相对运动时,表面
100150200
就会发生严重的粘着磨损,甚至咬死使密封副
失效。所以在选择金属材料时,应注意材枓工作
温度下的硬度应大于3倍的密封副平均接触应
图1球阀使用压曲线
密封駟材料为增强)
1.DN10~322.DN0~503.DN65~100
2.工作应力
4.DNI50~2005.DN250
密封副的工作许用应力是关系到密封副正
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1997年第4翔
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用变强度公式校核
q=E/n
式中eー-崎变极限,一般认为是10万小时
变形1%
x一一安全系数,对铸造合金为1.2
70150250350500600
为了防止材料高温媛变而造成密封副失
效,在选择材料时应注意,材料晶粒大小对抗高
温性有很大形响。粗晶粒金属材料有较高的
2金属材料更度随涅度的变化
抗变能力,但过大的晶粒又使材料的鳎变强
1.恪化合金2.司太立合盒3.9cr1B8Mn4.Crl4
度降低。对使用在重要场合的球,必须根据密
常工作、密封性能和使用寿命的关键。从密封副封副的具体使用氛件做变试验,选择适合的
的密封性来看,工作应力越大密封越严密。但工
作应力受到材料使用温度的许用应力及変度的材料。
4,互溶性
限制。当工作应力超过材料许用应力时,材料将
阀门在启闭过程中,密封副也是摩擦副。如
发生永久变形造成封失效。当工作应力超过选用相同金属或品格类型、晶格间距、电子密度
材料硬度的1/3时(图3),磨损比值/HB将和电化学性能相近的材料做密封副,粘着倾向
急剧上升而使密封副咬死。因此在选择设计工就大,相对运动时擦伤现象会加剧。在选择密封
作应力时应满足(1)式要求
副材枓时,尽可能选择异种金属或晶格类型和
g≤q≤[q]<0.3HB
(1)间距不相近的金属材料。如选择了同种金属材
式中
密封副必备的工作应力,一般取料,一定耍通过热处理工艺使其表面具有不同
1.2倍的岡门公称压力
的显徴组织,形成不同的更度,以提高抗擦伤能
g一密封副的工作应力
[g3ー一在使用温度下材料的许用应力
5.高温氧化
钢在450C以下氧化现象并不显著,当温
度超过570℃时,其表面的氧化现象显著。由于
氧化铁的晶体结构不致密,有利于铁原子通过
2
氧化层与氧结合,从而加速氧化过程,使材料的
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强度迅速下降,致使密封失效。金属中铬、结和
硅等元素是抗氧化元素,其含量越高材料的抗
481208152
高温氧化能力就越强。选择材料时应保证其具
平均接压カ×10gf/em
有足够的抗高温氧化能力。
6.影脉
3不同硬度的鋼KHB与压力P的关系
不同的金周材料其热膨胀?不同。选择材
3.变
料时应注意,如影胀系数差别较大,密封副就易
碳钢当温度超过300℃、合金钢当温度超产生较大的膨胀间隙,导致密封性能下降。但也
过400℃时,在一定的压力作用下都会产生
可以从结构上考虑,使密封副有膨胀空间
定的变。变会使密封剧表面形状发生变化,
7.密對加工
使密封材料的许用应力下降,致使密封失效。
球岡的密封副是球体的凸球面与岡座密封
因此选择设计工作应力时,在满足式(1)后,应四球面的吻合密封。吻合间隙一殷不超过
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