截止阀锥形阀瓣密封失效分析与改进.pdf

阀 门 文章 编 号 1 0 0 2 ． 5 8 5 5 【 2 0 0 1 0 4 0 0 3 4 0 2 2 0 0 1年第 4期 截止阀锥形 阀瓣密封 失效分析 与改进 关 彦 波 ．祖昱 ．赵 亚军 沈 阳 第 一阀 门厂 ，辽 宁沈 阳1 1 0 0 1 4 摘要从 理论上分析 7截止 阀锥 形闷瓣存在 的密封 不稳 定 、流 阻损失 大及产 生泄漏 的 原 因 ， 并提 出 7改 进 方 法 。 关 键词锥 形 阀瓣 ；密 封 ；流 阻 ；结 构 中圉分 类号 T H1 3 4 文献标 识码 B Ana l ys i s of l e a ka g e i nv a l i di t y a nd s t r u c t ur a l i m pr o v e m e nt GUAN Ya n - b o ，ZU Yu ． Z HAO Ya - j u n S h e n y a n g F i r s t Va l v e P l a n t ．S h e n y a n g 1 1 0 0 1 4 ．Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e g e n e r a l l y e x i s t i n g p rob l e ms o f t h e l e a k a g e ． u n s t a b i l i t y a n d t he l a r g e l os s o f flu i d r es i s t a nc e a b out t he c he c k g at e o f t a pe r v a l v e， t hi s a r t i c l e a na l ys e s t h e or e t i e a l l y t he c a u s e of s uc h l e a ka ge a nd p ut s f or wa r d s om e t e nt a t i v e i d e a s of i m p r ov e me nt ． Ke y wor ds t a p e r v a l v e； se a l i n g； f l ui d r e s i s L a D c e； s t r uc t ur e 1概述 目前 ， 国内各 厂家生产的截 止阀锥 形阀瓣 是参照有关 阀门标准 自行设计 的。 由于 密封 件 的结构设计 存在缺 陷，导致 阀门密封失 效。对 于 DN8 0 -- 1 5 0 mm 口径 的截 止 阀 ，密 封 稳 定 性差的 问题 更为 突出。 2泄漏原因 截止 阀锥形 阀瓣 图 1 与 阀杆通 过压 盖 及对开 环与 阀瓣连接 ．阀瓣 可在 阀杆上 自由转 动 。阀门的安装根据 介质的流 向确 定 。当阀杆 处于水平状态，阀瓣未与 阔座接触时，阀瓣受 重力的作 用 图 2 ．产 生力 矩 M 。 M G- b 1 式中 M 在 重 力 作 用 下 ． 阀瓣 产 生 的 力 矩 ．N mm G 阀瓣 重力 ．N 6 对开环与 阀瓣 接触 点 到 阀瓣 重 心 间的距 离，mm 1 ． 阎 盖2 ．阀杆3 阁瓣 盖 4 对开 匮 环5 ．阀瓣6 阉 体 图 1 截 止 阀结 构 因压盖与阀杆存在装配间隙， 设此间隙为 怍着简介关彦波 1 9 5 2 年 一 ．男．辽宁开原市．高级工程师，主要从事技术改造工作 维普资讯 VALVE DESIGN QQ40444436 VALVE DESIGN QQ群号40444436 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 2 0 0 1 年第 4 期 阀 门 L ； 蘧 I ； 1 周 孵2． 对 开 环3 压 盖4 同 杆 图 2阀杆处 于 水平 状 态 ．故 在力矩 M 的作用下 ，阀瓣轴 线与 阀杆 轴线产 生 初 始角 a 。 。 因而， 阀瓣 轴 线 与 阀 杆 轴 线将 不重合。 当阀瓣 在 阀杆 的驱动下 与阀座 接触时 ，其锥体 的接 触线将呈 椭圆形 。椭 圆形 与 阀座 的 圆形结 合不能形成密 封，所 以造成介 质 泄漏 。 。 t g l 2 式 中a 0 初始偏角 ， 。 。 阀 杆 端 部 到 压 盖 边 缘 的 距 离 ， mm 阀瓣 压 盖 内孔 与 阀 杆 的 间 隙， fi l m 即使 阀杆处于垂直状 态， 由于受 装配及零 部 件加工 累计 误差 的影 响，阀瓣 在阀杆 的驱动 下与 阀座接 触时， 因 △ d的存 在 阀瓣轴 线 与阎 座 轴线也 不能保证重合 。 为 了简 化计算 ，分析 时未 考虑在 介质 冲击 下造成的影 响 。 3改 进建议 3 、 1将 阀瓣重 心移至同杆端 头之 内 加深 阀瓣 孔，使 阀瓣 重 力 G 移到 阀杆 端 头的 内侧， 消 除力矩 M ， 因而 消 除 了 由于 阀 杆与 压盖 内孔之 间间隙存在产 生的初偏 角 a 。 。 3 ． 2 减 小初偏角 由式 2 知 ，增加 阀杆端 部到 压 盖边 缘 的距离 ，可 减 小初 偏 角 a o 。 介质 流 经 阀瓣 时． 由于 涡流的存 在，将造 成阀瓣 的振 动 。因 此 ． 阀瓣 在关 闭时仍可能产 生初偏 角 ，其 初偏 角的最大值由式 2 确定 。 在 阀杆与压盖 间隙 △ d不变 的条件 下 ，增 大 值可减小 。 值。即在加深 阀瓣孔的同时 增加 压盖 的结 构长 度 ，对 减小 初偏 角 a o 有 利。 3 ． 3 减 小压 盖与 阀杆 配合 间隙 △ d 由式 2 可 知，在 长度 n不变 的 条件 下 减小 △ d对 减小初偏 角有利 。 3 ． 4改锥形 阀瓣为球 形 阀瓣 减小 初偏 角 a ，有 利 于 阀瓣 轴 线 与 阀 杆 轴线重合 。但是 阀座密封 面轴 线与 阀杆轴 线 因 加工 和装 配等方面 的 因素 ，及 阀杆 自身受 力产 生弯 曲变 形等 多方 面 的影 响 ，使其 不 易达 到完 全重 合。 只有 与阀座接触 的 阀瓣 为球形时 才与 初偏角 a 无 关 。 因为 任何 状 态 下，球 形 阀瓣 与 阀座的接触线均 为 圆形 图 3 。 l 阀杆2 不锈 钢珠3 ． 钢 丝 挡 圈4 球形 罔孵5罔座 图 3截 止 阐球 形 阐瓣 阀 杆与 阀瓣连接 采用钢珠 止退结构 。在环 槽 中放入 不锈 钢珠替 代对开 环 。该连接 方式可 使 阀杆与 阀瓣孔 的配合 间隙达 最小 。 4流阻 损失 由流体力学可知 ，介质在阀门内部产生的 局 部损失 是质 点 间的 相 互摩 擦 碰撞 加 剧 所致 ， 而这种摩擦和碰撞加剧的原因主要是该地 区产 生旋 涡所 引起 的 图 4 。 由于 液流 的方 向突 然 改变 ，惯性 的作用使 介质 不可能在 小断面 内 立 即 转 9 0 。 弯 ， 而 只 能 逐 渐 转 变 。 因 此 ， 主 流 下转第 3 9页 维普资讯 VALVE DESIGN QQ40444436 VALVE DESIGN QQ群号40444436 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 2 0 0 1 年第 4 期 阀 门 求在整个排水过程中。高温高压水经降温降压 后到达 1 号管 段 时 。温 度应 低于 1 0 0 “ 2，压力 R 约 为 0． 6 MP a 。 检查 发现 ，电磁 阀泄漏故 障经常 发生在上 游热交换 器 不能 正常工 作的 系统 中。此 时， 由 于高温水 得不到有 效冷 却，到 达 1 号 管段时 的 温度超过 了限制值 。 3汽蚀分析 上游 热交换 器正常工 作时 ， 由于 排水温度 降至 1 0 0 ℃ 以下 一般 不高 于 6 O ℃ ，1号 管 段 中介质 为具有 一定过冷 度的单 相水流 ，电磁 阀工作平 稳可靠 。 若 上游热交 换器不能 正常工 作，经 初步计 算 ，进 入 1号 管 段 的 水 温 将 逐 渐 上 升 至 高 于 1 0 0 U，最 高 时甚 至会 超 过 1 7 0 “ 2。当 排 水 温 度升至 1 5 8 “ 2时，查表 可 知 P， 与 P y 饱和 蒸 汽压 十分接 近 。1号管 段将 会出现泡 状流。 此 时若 电磁阀进行 关 闭操作，则 在关闭过 程 中， 由于介 质突然 减速 ，其流动动 能将转换 为压力 热能 ，使主 阀阀瓣与 阀座间环形 流道 内 水压 突然升高 而超过饱 和压力 。泡状流 中的汽 泡 随之 破裂 并产 生瞬 时高 压 ，对 主 阀密封 面产 生很强 的压力 冲击。这 种} 【 } r 击极 易使金属 密封 面 出现 剥落 。使 电磁 阎汽蚀损坏 。 4结语 电磁 阀工 作 温度过 高是其发 生汽 蚀损坏 的 原因之一 。建 议进 一 步进 行有 关 的试 验 测 试 ． 并在使用过 程 中充分 重视 设计上 对 电磁 阀 工作温度 的限制 ．确 保不 发生汽蚀损坏 。 参考文献 [ 1 ] 扬 世 铭传 热 学[ M] 北 京 民 教 育 出 版 社 ， 1 9 8 0 [ 2 ] 王 孝天 ． 布 锈 铜 阀 门 的 设 计 与 制 造【 M] ．北 京 原 子能 出版 社 ， 1 9 8 7 谴墙 日期 2 0 0 1 0 3 ． 2 6 c 上 接第 3 5页 】 断面将逐 渐扩大 而产 生分离 区 ，在 主流和 阀瓣 之间 出现 死水区 ，在反 向压差 的作用下产生倒 流 ．形成 旋涡。 l。 、、 r 7 ／ 二 f f ‘ 圈 4介质 流 动状 态 局部 阻力公 式为 f 2vA g 3 式 中 ， 局 部水头损 失 卜一阻力 系数 速度 水头 g 由式 3 可 知 ，阻力 损 失 大 小 与流 过 局 部阻力处 的速 度水 头 成 正 比。其 中 f取 决 于 局部阻力 处的几 何形状 和粗糙情 况。每个 阀门 流道 的光 滑程 度及 加工误 差均 不相 同， 因而 } 也 不 同 。 阀门的流道形 状对 阻力损失影 响较大 ，应 尽量减少 死角 区，流道 内及 凸 台应 光 滑过 渡 。 避免锐角 ．阀瓣 的底部 外型应为流 线型 以减 小 正面阻力 。阀瓣 上部尺寸应 避免 突变， 防止 介 质在此 产 生倒流形 成旋 涡。 5结语 截止阀锥形阀瓣密封性能不稳定的关键问题 是 阀座轴线与阀瓣 轴线不能保证重合。而球形阔 瓣与阀座 的接 触线永远是 圆形 ，故 而密封稳定， 同时流阻损失也因阀瓣的形状改善而减小。阔瓣 与 阀杆连接改进后，还可降低生产成本 。 参考文献 [ 1 ] 周士 昌 液 压流 体 力 学[ M]沈 阳 东 北 工 学 院 出 版社 ， 1 9 8 o r 2 ] J B ／ T 1 7 2 61 9 9 1 ， 用瓣盖[ s ] [ 3 ] 沈阳 阀 门研 究 所阀 门设 计[ Z ] 沈 阳 沈 阳 研 究 所． 1 9 7 6 谴 墙 日期 2 0 01 0 5 ． 0 9 维普资讯 VALVE DESIGN QQ40444436 VALVE DESIGN QQ群号40444436 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载