Garnituri pentru robinete fluture: structură, materiale și analiză a aplicațiilor

Vanele fluture sunt apreciate pe scară largă pentru rentabilitatea și acționarea rapidă, undeperformanța etanșării​ dictează în mod direct fiabilitatea și durata de viață a supapei. Designul etanșărilor variază semnificativ, fiecare fiind potrivit pentru anumite condiții de funcționare. Acest articol examinează structurile principale ale etanșărilor, materialele și aplicațiile lor practice.

​1. Structuri și funcții ale etanșărilor centrale​

Garniturile de etanșare ale valvei fluture cuprindinel de scaunșisuprafața de etanșare a marginii discului, clasificate în două tipuri principale:

• ​Garnituri moi:​
  Prezintă unscaun elastomeric(cauciuc, PTFE) montat în corpul sau discul valvei. Închiderea comprimă marginea discului (de obicei metalică) în scaunul moale, deformând-o pentru o etanșare strânsă.
  Avantaje:Tensiune de etanșare redusă, scurgeri aproape zero (posibil Clasa VI), cost redus, cuplu minim.
  Dezavantaje:Rezistență limitată la temperatură/presiune/chimice; vulnerabil la eroziune și deteriorare prin particule; nepotrivit pentru strangulații frecvente.
• ​Garnituri metalice rigide (Design cu triplu decalaj – Fig. 1):​
  Utilizați etanșarea metal-metal (de exemplu, oțel inoxidabil, aliaje). Elemente cheie de proiectare:
  • ​Prima decalare:Axa tijei este decalată față de centrul conductei.
  • ​A doua decalaj:Axa tijei este decalata față de centrul feței de etanșare a discului.
  • ​A 3-a decalaj (critic):Profilul de etanșare cu unghi conic permite contactul liniar/pe suprafețe mici.
    Avantaje:Rezistență excepțională la temperatură/presiune/eroziune/cavitație; durată lungă de viață; potențial de reutilizare.
    Dezavantaje:Cost ridicat de fabricație; solicitare mare la așezare; cuplu crescut; potențială scurgere de presiune scăzută (de obicei Clasa IV).

​Fig. 1: Structura etanșării metalice cu triplu decalaj​
(Vizual: Demonstrează contactul conic al liniei, eliminând frecarea de alunecare în timpul funcționării)

​2. Compararea performanței cheie​

​Etanșări moi vs. etanșări dure:​

• ​Temperatura:Garniturile moi funcționează între -50°C și 200°C (în funcție de PTFE/cauciuc), în timp ce garniturile metalice rezistă la temperaturi extreme de la -196°C la peste 600°C.
• ​Presiune:Garnituri moi compatibile cu etanșări ≤ PN25 (≈ ANSI 150). Garnituri metalice compatibile cu etanșări PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
• ​Scurgere:Garniturile moi ating o scurgere aproape zero (Clasa VI). Garniturile metalice ating Clasa IV/V, îmbunătățindu-se la presiune ridicată.
• ​Compatibilitate media:Etanșările moi sunt excelente pentru fluide cu apă/aer/neutre. Etanșările metalice tolerează aburul, hidrocarburile, suspensiile, fluidele corozive și gazele fierbinți.
• ​Robustețe:Garniturile metalice oferă o rezistență superioară la particule, eroziune și uzură. Garniturile moi se degradează rapid în condiții de utilizare abrazivă sau cu strangulare frecventă.
• ​Cost și funcționare:Garniturile moi au costuri mai mici și necesită un cuplu minim. Garniturile metalice necesită o investiție inițială și un cuplu mai mari, dar oferă longevitate în condiții dure.
• ​Aplicații:Etanșările moi sunt predominante în sistemele HVAC, sistemele de apă și gazele de joasă presiune. Etanșările metalice sunt esențiale în rafinare, conductele de abur, procesarea chimică și industria petrolului/gazelor.

​3. Materiale pentru scaune cu etanșare moale​

Selecția materialelor definește limitele de performanță:

• ​NBR (cauciuc nitrilic):Rezistent la uleiuri, hidrocarburi (-20°C până la 80°C).Utilizare: Apă, aer comprimat, fluide pe bază de petrol.
• ​EPDM (Etilen Propilen Dienă):Rezistent la apă fierbinte/abur (<150°C), ozon, alcali.Utilizare: Sisteme de încălzire, alimente/băuturi, aer umed.
• ​FKM (Fluorocarbon Viton®):Compatibil cu uleiuri, combustibili, acizi, temperaturi ridicate (-20°C până la 200°C).Utilizare: Prelucrare chimică, conducte de combustibil, medii acide.
• ​PTFE (politetrafluoroetilenă):Inert chimic (-50°C până la 200°C), frecare redusă. Utilizat ca:
  • Locuri pure:Rezistență la coroziune, etanșare moderată.
  • Scaune ranforsate (sticlă/grafit):Rezistență mai bună la curgerea la rece.
  • Scaune căptușite (cu buză/tub cu bule):Combină elasticitatea și rezistența chimică.

​4. Materiale și tratamente pentru etanșări metalice​

Performanța depinde de asocierea materialelor și de ingineria suprafeței:

• ​Strategia Materialelor:​
  • Îmbinarea materialelor diferite previne uzura prin frecare (de exemplu, oțel inoxidabil vs. Stellite®).
  • Duritatea suprafeței scaunului > Duritatea suprafeței discului (cu ~HRC 2-5), ceea ce face ca discul să fie înlocuibil.
• ​Îmbunătățiri ale suprafeței:​
  • ​Fațare dură:Stellite 6®(pe bază de cobalt, HRC 40-50) sauSuprapunerile Inconel 625®**​ (pe bază de nichel) rezistă la uzură/coroziune.Soluție principală pentru servicii severe.
  • ​Călire de carcasă:Călirea cu flacără/plasmă/laser sau nitrurarea (≥HV 1000) crește rezistența la uzură/gripare prin frecare.
  • ​Spray termic:Aplicat cu HVOFWC (Carbură de tungsten)sauOxid de cromAcoperirile oferă o durabilitate extremă a suprafeței.
• ​Aliaje exotice:Oțel Hastelloy® sau duplex utilizat în medii extrem de corozive (cost ridicat).

​5. Limitări și criterii de selecție​

​Considerații cheie:​

• ​Limite de etanșare moale:Deformare permanentă la compresie, incompatibilitate chimică (umflare/degradare), curgere la rece/fluaj (PTFE/cauciuc), deteriorare prin particule.
• ​Limite de etanșare rigidă:Potențiale scurgeri de presiune scăzută, cost/cuplu mai mare.
• ​Șoferi de selecție:Proprietățile mediilor (T, P, corozivitate, solide), cerințele privind scurgerile, frecvența ciclului de viață, severitatea operațională și bugetul.

​Concluzie:​
Selecția valvei fluture este definită desinergie structură-material etanșare. ​Garnituri moi(EPDM/NBR/PTFE) excelează în aplicațiile de apă/aer la presiune scăzută, cu costuri reduse.Garnituri moi FKM sau compozite PTFEabordați mediile corozive.Garnituri metalice cu triplu decalajcuSuprafețe Stellite®/călitesunt obligatorii pentru abur, hidrocarburi, raporturi T/P ridicate și fluxuri erozive. Materialele pe bază de nichel sunt utilizate în condiții extreme. Evaluarea riguroasă a parametrilor de funcționare și a proprietăților materialelor este crucială; ignorarea specificațiilor etanșărilor riscă scurgeri, defecțiuni premature și timpi de nefuncționare costisitori.