Ушчыльняльнікі для дросельных клапанаў: аналіз структуры, матэрыялаў і прымянення

Дросельныя клапаны шырока цэняцца за сваю эканамічную эфектыўнасць і хуткае спрацоўванне, дзепрадукцыйнасць ўшчыльненнянепасрэдна вызначае надзейнасць і тэрмін службы клапана. Канструкцыі ўшчыльненняў істотна адрозніваюцца, кожная з іх падыходзіць для пэўных умоў эксплуатацыі. У гэтым артыкуле разглядаюцца канструкцыі асноўных ўшчыльненняў, матэрыялы і іх практычнае прымяненне.

​1. Структура і функцыя ўшчыльнення асноўнага стыку​

Ушчыльняльнікі матыльковых клапанаў складаюцца зкольца сядзенняіпаверхня ўшчыльнення краю дыска, якія падзяляюцца на два асноўныя тыпы:

• ​Мяккія ўшчыльняльнікі:​
  Асаблівасцьэластамернае сядзенне(гума, PTFE), усталяваны ў корпусе клапана або дыску. Закрыццё сціскае край дыска (звычайна металічны) у мяккае сядло, дэфармуючы яго для герметычнага ўшчыльнення.
  Перавагі:Нізкае напружанне ўшчыльнення, амаль нулявая ўцечка (магчыма клас VI), нізкі кошт, мінімальны крутоўны момант.
  Недахопы:Абмежаваная тэмпературная/ціскавая/хімічная ўстойлівасць; схільнасць да эрозіі і пашкоджанняў часціцамі; непрыдатнасць для частага дроселявання.
• ​Металічныя цвёрдыя ўшчыльняльнікі (трайная зрушэнне канструкцыі – мал. 1):​
  Выкарыстоўвайце ўшчыльненне метал-метал (напрыклад, нержавеючая сталь, сплавы). Ключавыя элементы канструкцыі:
  • ​1-е зрушэнне:Вось ствала зрушана адносна цэнтра трубаправода.
  • ​2-е зрушэнне:Вось ствала зрушана адносна цэнтра ўшчыльняльнай паверхні дыска.
  • ​3-е зрушэнне (крытычнае):Канічна-вугольны ўшчыльняльны профіль забяспечвае лінейны/невялікі кантакт.
    Перавагі:Выключная ўстойлівасць да тэмпературы/ціску/эрозіі/кавітацыі; працяглы тэрмін службы; магчымасць паўторнага выкарыстання.
    Недахопы:Высокі кошт вытворчасці; высокае напружанне ў пасадцы; павышаны крутоўны момант; патэнцыйная ўцечка пры нізкім ціску (звычайна клас IV).

​Мал. 1: Канструкцыя трайнога зрушэння металічнага ўшчыльнення​
(Візуальнае апісанне: дэманструе канічны кантакт лініі, які ліквідуе трэнне слізгання падчас працы)

​2. Параўнанне ключавых паказчыкаў прадукцыйнасці​

​Мяккія ўшчыльняльнікі супраць цвёрдых ушчыльняльнікаў:​

• ​Тэмпература:Мяккія ўшчыльняльнікі працуюць пры тэмпературы ад -50°C да 200°C (у залежнасці ад PTFE/гумы), а металічныя ўшчыльняльнікі вытрымліваюць экстрэмальныя тэмпературы ад -196°C да 600°C+.
• ​Ціск:Мяккія ўшчыльняльнікі падыходзяць для ≤ PN25 (≈ ANSI 150). Металічныя ўшчыльняльнікі падыходзяць для PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
• ​Уцечка:Мяккія ўшчыльняльнікі дасягаюць выдатнай практычна нулявой уцечкі (клас VI). Металічныя ўшчыльняльнікі дасягаюць класа IV/V, паляпшаючы свае характарыстыкі пад высокім ціскам.
• ​Сумяшчальнасць з носьбітамі інфармацыі:Мяккія ўшчыльняльнікі выдатна спраўляюцца з вадой/паветрам/нейтральнымі вадкасцямі. Металічныя ўшчыльняльнікі пераносяць пару, вуглевадароды, пульпы, агрэсіўныя вадкасці і гарачыя газы.
• ​Трываласць:Металічныя ўшчыльняльнікі забяспечваюць найвышэйшую ўстойлівасць да часціц, эрозіі і зносу. Мяккія ўшчыльняльнікі хутка дэградуюць пры абразіўнай эксплуатацыі або частым дроселяванні.
• ​Кошт і эксплуатацыя:Мяккія ўшчыльняльнікі каштуюць танней і патрабуюць мінімальнага крутоўнага моманту. Металічныя ўшчыльняльнікі патрабуюць большых першапачатковых інвестыцый і крутоўнага моманту, але забяспечваюць даўгавечнасць у жорсткіх умовах.
• ​Прымяненне:Мяккія ўшчыльняльнікі дамінуюць у сістэмах ацяплення, вентыляцыі і кандыцыянавання паветра, водазабеспячэння і газаперапрацоўкі нізкага ціску. Металічныя ўшчыльняльнікі неабходныя ў нафтаперапрацоўцы, параправодах, хімічнай апрацоўцы і нафтагазавай прамысловасці.

​3. Матэрыялы мяккага ўшчыльнення сядла​

Выбар матэрыялу вызначае межы прадукцыйнасці:

• ​NBR (нітрылавы каўчук):Устойлівы да ўздзеяння алеяў, вуглевадародаў (ад -20°C да 80°C).Ужыванне: вада, сціснутае паветра, вадкасці на аснове нафты.
• ​EPDM (этыленпрапілендыен):Устойлівы да гарачай вады/пары (<150°C), азону, шчолачаў.Ужыванне: сістэмы ацяплення, прадукты харчавання/напоі, вільготнае паветра.
• ​FKM (фторвугляродны вітон®):Спраўляецца з алеямі, палівам, кіслотамі, высокімі тэмпературамі (ад -20°C да 200°C).Ужыванне: хімічная апрацоўка, паліўныя магістралі, кіслыя асяроддзі.
• ​ПТФЭ (політэфрэтылен):Хімічна інертны (ад -50°C да 200°C), з нізкім трэннем. Выкарыстоўваецца як:
  • Чыстыя сядзенні:Устойлівасць да карозіі, умераная герметычнасць.
  • Узмоцненыя сядзенні (шкло/графіт):Лепшая ўстойлівасць да марозаўстойлівасці.
  • Абшытыя сядзенні (з аблямоўкай/з бурбалкамі):Спалучае эластычнасць і хімічную ўстойлівасць.

​4. Матэрыялы і апрацоўка металічных ушчыльняльнікаў​

Прадукцыйнасць залежыць ад спалучэння матэрыялаў і інжынерыі паверхні:

• ​Матэрыяльная стратэгія:​​
  • Спалучэнне розных матэрыялаў прадухіляе сціранне (напрыклад, нержавеючая сталь супраць Stellite®).
  • Цвёрдасць паверхні сядла > цвёрдасць паверхні дыска (прыблізна па HRC 2-5), што робіць дыск заменным.
• ​Паляпшэнні паверхні:​
  • ​Цвёрдая наплаўка:​ ​**Стэліт 6®(на аснове кобальту, HRC 40-50) абоПакрыцці з Inconel 625®** (на аснове нікеля) устойлівыя да зносу/карозіі.Асноўнае рашэнне для суровых умоў эксплуатацыі.
  • ​Загартоўка корпуса:​​Загартоўка полымем/плазмай/лазерам або азатаванне (≥HV 1000) павышае ўстойлівасць да зносу/ізаляцыі.
  • ​Тэрмальны спрэй:​​ Ужыванне HVOF ​WC (карбід вальфраму)ціАксід хромупакрыцці забяспечваюць надзвычайную трываласць паверхні.
• ​Экзатычныя сплавы:Хастэлой® або дуплексная сталь, якая выкарыстоўваецца ў высокаагрэсіўных асяроддзях (высокі кошт).

​5. Абмежаванні і крытэрыі адбору​

​Асноўныя меркаванні:​​

• ​Межы мяккага ўшчыльнення:Пастаянная дэфармацыя пры сцісканні, хімічная несумяшчальнасць (набраканне/дэградацыя), цякучасць/паўзучасць пры нізкіх тэмпературах (ПТФЭ/гума), пашкоджанне часціцамі.
• ​Межы жорсткага ўшчыльнення:Патэнцыйная ўцечка пры нізкім ціску, больш высокі кошт/крутоўны момант.
• ​Кіруючыя фактары выбару:​Уласцівасці асяроддзя (T, P, каразійнасць, цвёрдыя рэчывы), патрабаванні да ўцечак, частата жыццёвага цыклу, эксплуатацыйная складанасць і бюджэт.

​Выснова:​
Выбар дросельнага клапана вызначаеццасінергія структуры і матэрыялу ўшчыльнення. ​Мяккія ўшчыльняльнікі(EPDM/NBR/PTFE) выдатна падыходзяць для эканамічна эфектыўных прымяненняў вады/паветра пры нізкім ціску.Мяккія ўшчыльняльнікі FKM або кампазіты PTFE​звяртацца да агрэсіўных асяроддзяў.​Трайное зрушэнне металічных ушчыльненняўзStellite®/загартаваныя паверхніабавязковыя для пары, вуглевадародаў, высокага суадносін тэмператур і ціску і эразійных патокаў. Матэрыялы на аснове нікеля працуюць у экстрэмальных умовах. Дбайная ацэнка рабочых параметраў і ўласцівасцей матэрыялу мае вырашальнае значэнне; ігнараванне спецыфікацый ушчыльненняў рызыкуе ўцечкай, заўчасным выхадам з ладу і дарагім прастоям.