Уплътнения за дроселови клапи: Анализ на структурата, материалите и приложението

Дросел клапаните са широко ценени заради своята икономическа ефективност и бързо задействане, където...производителност на уплътнението​ пряко определя надеждността и експлоатационния живот на клапана. Конструкциите на уплътненията варират значително, като всяко е подходящо за специфични работни условия. Тази статия разглежда структурите на уплътненията, материалите и техните практически приложения.

​1. Структури и функция на уплътнението на сърцевината​

Уплътненията на дроселните клапи се състоят отпръстен на седалкатаиуплътнителна повърхност на ръба на диска, категоризирани в два основни типа:

• ​Меки уплътнения:​​
  Функцияеластомерна седалка(гума, PTFE), монтиран в тялото на клапана или диска. Затварянето компресира ръба на диска (обикновено метален) в мекото седло, деформирайки го за плътно уплътнение.
  Предимства:Ниско уплътнително напрежение, почти нулево изтичане (възможно е клас VI), ниска цена, минимален въртящ момент.
  Недостатъци:Ограничена устойчивост на температура/налягане/химикали; уязвими към ерозия и повреди от частици; неподходящи за често дроселиране.
• ​Метални твърди уплътнения (тройно отместен дизайн – фиг. 1):​​
  Използвайте уплътнение метал-метал (напр. неръждаема стомана, сплави). Ключови конструктивни елементи:
  • ​1-во отместване:​Оста на стеблото е изместена от центъра на тръбопровода.
  • ​2-ро отместване:​Оста на стеблото е изместена от центъра на уплътнителната повърхност на диска.
  • ​3-то отместване (критично):​Конично-ъгловият уплътнителен профил позволява линеен/малък контакт.
    Предимства:Изключителна устойчивост на температура/налягане/ерозия/кавитация; дълъг живот; потенциална възможност за многократна употреба.
    Недостатъци:Висока производствена цена; високо напрежение при лягане; повишен въртящ момент; потенциален теч при ниско налягане (обикновено клас IV).

​Фиг. 1: Структура на тройно отместено метално уплътнение​
(Визуално: Демонстрира коничен линеен контакт, елиминиращ триенето при плъзгане по време на работа)

​2. Сравнение на ключовите показатели за ефективност​

​Меки уплътнения срещу твърди уплътнения:​​

• ​Температура:Меките уплътнения работят между -50°C и 200°C (в зависимост от PTFE/каучук), докато металните уплътнения издържат на екстремни температури от -196°C до 600°C+.
• ​Налягане:Меките уплътнения са подходящи за ≤ PN25 (≈ ANSI 150). Металните уплътнения са подходящи за PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
• ​Теч:​Меките уплътнения постигат превъзходно почти нулево течене (клас VI). Металните уплътнения достигат клас IV/V, като се подобряват при високо налягане.
• ​Съвместимост с медии:Меките уплътнения са отлични за вода/въздух/неутрални флуиди. Металните уплътнения понасят пара, въглеводороди, шлами, корозивни флуиди и горещи газове.
• ​Здравина:​Металните уплътнения предлагат превъзходна устойчивост на частици, ерозия и износване. Меките уплътнения се разграждат бързо при абразивна или често дроселираща работа.
• ​Цена и експлоатация:​Меките уплътнения са по-евтини и изискват минимален въртящ момент. Металните уплътнения изискват по-висока първоначална инвестиция и въртящ момент, но предлагат дълготрайност при тежки условия.
• ​Приложения:​Меките уплътнения доминират в ОВК, водните системи и газопреработвателните предприятия с ниско налягане. Металните уплътнения са от съществено значение в рафинирането, паропроводите, химическата преработка и нефтената/газовата промишленост.

​3. Материали за седалки с меко уплътнение​

Изборът на материали определя границите на производителност:

• ​NBR (нитрилен каучук):​Устойчив на масла, въглеводороди (от -20°C до 80°C).Употреба: Вода, сгъстен въздух, течности на петролна основа.
• ​EPDM (етилен пропилен диен):​Устойчив на гореща вода/пара (<150°C), озон, алкали.Употреба: Отоплителни системи, храни/напитки, влажен въздух.
• ​FKM (флуоровъглероден витон®):​Подходящ за масла, горива, киселини и високи температури (от -20°C до 200°C).Употреба: Химическа обработка, горивни тръбопроводи, киселинни среди.
• ​PTFE (Политетрафлуороетилен):​Химически инертен (-50°C до 200°C), с ниско триене. Използва се като:
  • Чисти места:Устойчивост на корозия, умерено уплътняване.
  • Подсилени седалки (стъкло/графит):По-добра устойчивост на студено течение.
  • Облицовани седалки (с устни/тръба тип „балон“):Съчетава еластичност и химическа устойчивост.

​4. Материали и обработки за метални уплътнения​

Производителността зависи от съчетаването на материалите и инженерството на повърхността:

• ​Материална стратегия:​​
  • Комбинацията от различни материали предотвратява ожулвания (напр. неръждаема стомана срещу Stellite®).
  • Твърдост на повърхността на седалката > Твърдост на повърхността на диска (с ~HRC 2-5), което прави диска сменяем.
• ​Подобрения на повърхността:​​
  • ​Твърдо наваряване:​Стелит 6®(на кобалтова основа, HRC 40-50) илиInconel 625®** (на никелова основа) наслагвания са устойчиви на износване/корозия.Основно решение за тежки условия на експлоатация.
  • ​Втвърдяване на корпуса:​Пламъчно/плазмено/лазерно закаляване или азотиране (≥HV 1000) повишава устойчивостта на износване/триене.
  • ​Термичен спрей:​​ Приложено с HVOF ​WC (волфрамов карбид)илиХромов оксидПокритията осигуряват изключителна издръжливост на повърхността.
• ​Екзотични сплави:Hastelloy® или дуплексна стомана, използвана в силно корозивни среди (висока цена).

​5. Ограничения и критерии за подбор​

​Ключови съображения:​​

• ​Ограничения на мекото уплътнение:Постоянна компресионна деформация, химическа несъвместимост (подуване/разграждане), студено течение/пълзене (PTFE/каучук), увреждане от частици.
• ​Ограничения на твърдото уплътнение:Потенциално изтичане при ниско налягане, по-висока цена/въртящ момент.
• ​Водещи фактори за избор:​Свойства на средата (T, P, корозивност, твърди вещества), изисквания за течове, честота на жизнения цикъл, експлоатационна тежест и бюджет.

​Заключение:​​
Изборът на дроселова клапа се определя отсинергия между структурата и материала на уплътнението. ​Меки уплътнения(EPDM/NBR/PTFE) се отличават с ниски напорни приложения вода/въздух, които са евтини.Меки уплътнения от FKM или PTFE композитисправяне с корозивни среди.Тройно отместени метални уплътнениясStellite®/закалени повърхностиса задължителни за пара, въглеводороди, високо T/P и ерозионни потоци. Материалите на основата на никел работят в екстремни условия. Строгата оценка на работните параметри и свойствата на материалите е от решаващо значение; пренебрегването на спецификациите на уплътненията рискува теч, преждевременна повреда и скъпоструващ престой.