В качестве одного из основных компонентов клапанов и напорных трубопроводов, растворителей под давлением, котлов и другого оборудования шаровые краны используются для управления потоком или отсечкой среды. Они широко используются в различных отраслях промышленности, таких как СПГ, электроэнергетика, легкая промышленность, строительство, металлургия и так далее. Как низкая стоимость, резиновое уплотнительное кольцо (далее именуемое уплотнительным кольцом) применяется для установки в различные клапаны для обеспечения защиты уплотнения в статических или динамических условиях при заданной температуре, давлении и различных жидких и газовых средах. Когда шаровой кран находится в закрытом положении, должны быть соблюдены указанные требования к герметизации (или требования к утечке). В конструкции в качестве уплотнительного элемента выбрано уплотнительное кольцо, которое может успешно предотвратить утечку и добиться полного эффекта уплотнения. В частности, когда шток клапана вращается во время процесса открытия и закрытия шарового клапана, трение движения уплотнительного кольца очень мало, и уплотнительное кольцо выбирается в качестве уплотнительного элемента для достижения нулевой утечки. Таким образом, уплотнительное кольцо является одним из наиболее широко используемых уплотнительных элементов с лучшим уплотняющим эффектом в шаровом кране.

1. Область применения

Шаровой кран - это тип клапана, который можно открывать и закрывать с помощью устройства ручного привода, устройства пневматического привода или устройства электрического привода в различных условиях работы. При производстве шаровых кранов уплотнительное кольцо является уплотнительным элементом, подходящим для различных форм уплотнения. Его динамическое уплотнение и статическое уплотнение играют важную роль в обеспечении герметичности различных шаровых кранов. Возьмем в качестве примера шаровой кран, состоящий из двух частей, как показано на рисунке 1. Уплотнительное кольцо на торце и в штоке клапана может эффективно предотвращать утечку различных сред и обеспечивать нормальную работу системы клапанов. Когда уплотнительное кольцо установлено на обоих концах, оно имеет статический эффект уплотнения. Когда уплотнительное кольцо установлено на среднем отверстии корпуса клапана и штоке клапана, оно обеспечивает эффект динамического уплотнения.

(1) Статическое уплотнение

Уплотнительное кольцо относится к экструзионному уплотнению. Основная характеристика конструкции экструзионного уплотнения зависит от упругой деформации уплотнения и контактного давления на контактной поверхности уплотнения. Когда контактное давление больше внутреннего давления уплотняемой среды, оно играет уплотняющую роль и, наоборот, приводит к утечке. Левый и правый концевые корпуса двухсекционного шарового крана находятся в контакте металл-металл и относятся к статической герметизирующей конструкции. Для уменьшения или устранения зазора уплотняющей поверхности между ними в качестве уплотнительного элемента в конструкции выбрано уплотнительное кольцо. Когда среднее давление невелико, оно находится в статическом состоянии, и требуемая сила уплотнения очень мала. В это время левый и правый концевые корпуса могут быть герметизированы за счет силы предварительного затягивания во время сборки и силы упругости уплотнительного кольца; Когда давление среды продолжает увеличиваться, удельное давление уплотнения также увеличивается, и уплотнительное кольцо внезапно расширяется. В это время уплотнительное кольцо эффективно предотвращает утечку между зазорами на обоих концах, тем самым обеспечивая герметичность шарового крана.

Когда шаровой кран открывается и закрывается, независимо от выбранного режима движения шток клапана будет вращаться. Чтобы среда не вытекала через зазор среднего отверстия, на штоке клапана имеется канавка, заделанная в уплотнительное кольцо. Хотя шток клапана поворачивается на 90° в обратном направлении, благодаря малому трению и хорошей самосмазываемости уплотнительного кольца они взаимодействуют друг с другом для достижения хорошего уплотняющего эффекта. Для обеспечения хорошей герметичности седла клапана и сердечника клапана в седле клапана также выполняется канавка, и в нее устанавливается уплотнительное кольцо. Когда давление среды в полости клапана повышается, седло клапана перемещается к сердечнику клапана под действием силы пружины. Под действием высокой эластичности уплотнительного кольца, обеспечивается герметичность внутренней полости трубопровода. В это время уплотнительное кольцо начинает динамическое уплотнение в трубопроводе. В первых двух конструктивных формах уплотнительное кольцо относится к конструкции динамического уплотнения.

(3) Уплотнение с нулевой утечкой

Уплотнительная конструкция шарового крана делится на два конструктивных типа: металлическое уплотнение и мягкое уплотнение. По сравнению с мягкой уплотнительной конструкцией скорость утечки металлической уплотнительной конструкции выше. В соответствии с уровнем утечки клапана API, если уровень утечки металлической уплотнительной конструкции должен достигать VI (эквивалентно нулевой утечке), а температура должна быть ниже 200 ℃. В настоящее время уплотнительное кольцо выбрано в качестве уплотнительного элемента как для шаровых кранов со статическим, так и с динамическим уплотнением. Все параметры конструкции полностью соблюдены. Для газового шарового крана, чтобы предотвратить утечку газовой среды через различные каналы, вызывающую возгорание и взрыв, уплотнительные кольца встроены в каждую точку утечки, что может эффективно предотвратить утечку из корпуса клапана. Значение зазора менее 0,001 мкм.

2. Выбор материала

Существует множество материалов для уплотнительных колец, включая фторкаучук (FKM), нитрилкаучук (NBR) и силиконовый каучук (VMQ), этиленпропиленовый каучук (EPDM), натуральный каучук (NR), HNBR, FFKM и т. д. Обычно используемые Материалами уплотнительных колец в шаровых кранах обычно являются фторкаучук, нитрильный каучук и силиконовый каучук. Для шаровых кранов, требующих высокой температуры, таких как шаровые краны выше 200 ℃, рекомендуется выбирать другие типы уплотнительных элементов. Материал уплотнительного кольца, используемый в шаровом кране, зависит не только от температуры, среды и давления, но также зависит от условий эксплуатации, окружающей среды и различных комплексных факторов.

(1) Температура

Температура является одним из основных факторов, влияющих на диапазон использования уплотнительных колец. В процессе проектирования шаровых кранов применимая температура выбранных уплотнительных колец обычно составляет от -29 до 180 ℃. Для шаровых кранов, работающих в высокотемпературных или низкотемпературных условиях, в качестве уплотнений должны быть выбраны специальные синтетические материалы, соответствующие требованиям к уплотняющим характеристикам.

Среди обычных резиновых материалов фторкаучук обладает отличной устойчивостью к высоким температурам. Диапазон рабочих температур обычного FKM составляет - 25 ~ 240 ℃, в то время как специальная марка FFKM может выдерживать постоянную температуру 300 ℃ или мгновенную высокую температуру 340 ℃ без затвердевания и нарушения расширения. Таким образом, для шаровых кранов, используемых при высоких температурах и других рабочих условиях, целесообразно рассмотреть FFKM.

Резина становится хрупкой и теряет герметизирующий эффект при использовании в условиях низких температур. Поэтому обычно не рекомендуются низкотемпературные шаровые краны. Силикон является одним из наиболее устойчивых к низким температурам материалов в резиновых материалах. Хотя он может достигать - 100 ℃, он имеет низкую прочность на растяжение и плохую износостойкость. Как правило, его нельзя использовать для вращающихся динамических уплотнительных деталей. Поэтому шаровые краны в условиях низких температур не подходят для выбора. По соответствующим данным рабочая температура силиконового каучука составляет - 60-220 ℃, что повышает химическую стойкость и механические свойства на основе сохранения термостойкости силиконового каучука.

(2) Средний

Как один из пяти основных клапанов, шаровые краны применяются в различных отраслях машиностроения. Для различных сред очень важно выбрать соответствующие резиновые материалы и уплотнительные кольца из соответствующих материалов. Например, уплотнительные кольца FKM обладают огнестойкостью, хорошей воздухонепроницаемостью, устойчивостью к озону и отличной коррозионной стойкостью. Силиконовое уплотнительное кольцо больше подходит для шаровых кранов с пылью и твердыми частицами. Нитриловое уплотнительное кольцо имеет хорошее уплотнение и амортизацию в масле, кислоте, щелочи, истирании, химическом вторжении и других средах. Следовательно, подходящие уплотнительные кольца могут быть выбраны в шаровом кране для других смешанных химических сред, таких как кислые среды, масло, вода, газ, окисляющие и восстановительные среды.

(3) Давление

Согласно химическому принципу уплотнительного кольца; Твердость уплотнительного кольца обычно составляет 50-90 по Шору. Когда трубопровод клапана имеет низкое давление, предпочтение отдается уплотнительному кольцу с твердостью по Шору 50-70 для экономии средств и защиты окружающей среды. Когда напорный трубопровод клапана находится под высоким давлением, для безопасности следует рекомендовать уплотнительное кольцо с твердостью по Шору 70-90. Когда давление в трубопроводе больше или равно 150 фунтов или 1,0 МПа, уплотнительное кольцо должно быть встроено в металлическую канавку, чтобы предотвратить сжатие и деформацию уплотнительного кольца при изменении давления. Кроме того, уплотнительное кольцо легко повреждается под высоким давлением. То есть под действием высокого давления молекулы газа высокого давления проникают в уплотнительное кольцо на длительное время. Когда внешнее давление уплотнительного кольца мгновенно уменьшается, внутренние молекулы газа под высоким давлением легко диффундируют и разрушают уплотнительное кольцо. Например, уплотнительное кольцо на седле клапана. Когда шаровой кран поворачивается и открывается, внутреннее давление в полости клапана высвобождает среду и издает громкий звук. В это время обнаружено, что уплотнительное кольцо сломано, что указывает на нарушение герметичности шарового клапана. Видно, что в этом случае рекомендуется использовать уплотнительное кольцо с высокими уплотняющими характеристиками для уплотнения седла клапана или своевременно заменять уплотнительное кольцо, чтобы обеспечить нормальную работу трубы клапана. В это время обнаружено, что уплотнительное кольцо сломано, что указывает на нарушение герметичности шарового клапана. Видно, что в этом случае рекомендуется использовать уплотнительное кольцо с высокими уплотняющими характеристиками для уплотнения седла клапана или своевременно заменять уплотнительное кольцо, чтобы обеспечить нормальную работу трубы клапана. В это время обнаружено, что уплотнительное кольцо сломано, что указывает на нарушение герметичности шарового клапана. Видно, что в этом случае рекомендуется использовать уплотнительное кольцо с высокими уплотняющими характеристиками для уплотнения седла клапана или своевременно заменять уплотнительное кольцо, чтобы обеспечить нормальную работу трубы клапана.

3. Анализ отказов и методы лечения

Благодаря длительному использованию и практике испытаний существует три всеобъемлющих фактора, вызывающих отказ уплотнительного кольца.

(1) Несовместимость с носителями

В конструкции повседневного шарового крана выбранное уплотнительное кольцо не совместимо со средой канала, что может вызвать коррозию, деформацию разбухания и разрушение. Такие проблемы серьезно повлияют на качество изделий с шаровыми кранами. Например, для среды с высокой кислотно-щелочной концентрацией, такой как азотная кислота, серная кислота и хлорид натрия, при проектировании шарового крана следует тщательно рассмотреть вопрос о применении уплотнительного кольца.

(2) Усталостное разрушение

В трехсекционном газовом пожаробезопасном шаровом кране, используемом в трубопроводе газового клапана. Если давление шарового крана составляет 4,0 МПа, а фактическое давление в условиях эксплуатации составляет 6,3 МПа, обнаружено, что уплотнительное кольцо на опорном кольце выходит из строя, когда шаровой кран устанавливается в напорную трубу и работает в течение промежуток времени. После анализа, поскольку фактический диапазон рабочего давления больше, чем диапазон колебаний трубопроводной системы, а давление между ними очень близко, частота открытия и закрытия высока, что приводит к возвратно-поступательному сжатию уплотнительного кольца и уплотнительного кольца. достижения указанного предела жизни. Это приводит к усталостному разрушению уплотнительных колец. Для обеспечения нормальной работы трубопроводной системы,

(3) Отказ от остаточной деформации

Среди всех уплотнительных материалов, используемых в шаровых кранах, резиновое уплотнительное кольцо имеет относительно меньшую твердость, чем политетрафторэтилен (ПТФЭ) и гибкий графит, но его упругость выше, чем у первых двух. Если он применяется к трубам клапана высокой температуры и высокого давления, резина будет деформироваться под воздействием тепла и давления, и легко вызвать необратимую деформацию и выход из строя. Если шаровой кран используется в газопроводе низкого давления, в качестве уплотнительного элемента выбирается уплотнительное кольцо с твердостью по Шору 65. После того, как изделие проэксплуатировалось в течение определенного периода времени, уплотнительное кольцо на уплотнении седла клапана вынимается, и обнаруживается, что его поверхность гладкая, но его поперечное сечение изменилось на квадратную форму канавки без упругости, в результате чего при серьезном нарушении герметичности. На данный момент,

4. Вывод

При проектировании и разработке шаровых кранов при выборе уплотнительных колец в качестве уплотнительных элементов необходимо всесторонне учитывать влияние различных условий работы, таких как температура, среда и давление, а также изменение рабочей среды на уплотнительные кольца. Во-вторых, нельзя игнорировать положение, структуру, установку и техническое обслуживание уплотнительных колец. Только так можно продлить срок службы уплотнительных колец, повысить срок службы уплотнительных колец, обеспечить нормальную работу шаровых крановых изделий в напорных трубопроводах.