Fjärilsventiltätningar: Struktur, material och tillämpningsanalys

Fjärilsventiler är allmänt uppskattade för sin kostnadseffektivitet och snabba aktivering, därtätningsprestandastyr direkt ventilens tillförlitlighet och livslängd. Tätningskonstruktioner varierar avsevärt och var och en är anpassad till specifika driftsförhållanden. Den här artikeln undersöker kärntätningsstrukturer, material och deras praktiska tillämpningar.

​1. Kärntätningens struktur och funktion​

Fjärilsventilens tätningar omfattarsätesringochtätningsyta för skivkanten, kategoriserad i två huvudtyper:

• ​Mjuka tätningar:​
  Presentera enelastomersäte(gummi, PTFE) monterad i ventilhuset eller skivan. Stängningen komprimerar skivans kant (vanligtvis metall) mot det mjuka sätet, vilket deformerar det för en tät tätning.
  Fördelar:Låg tätningsspänning, nästan noll läckage (klass VI möjlig), låg kostnad, minimalt vridmoment.
  Nackdelar:Begränsad temperatur-/tryck-/kemisk resistens; sårbar för erosion och partikelskador; olämplig för frekvent strypning.
• ​Hårda metalltätningar (Trippelförskjuten design – Bild 1):​
  Använd metall-mot-metall-tätning (t.ex. rostfritt stål, legeringar). Viktiga designelement:
  • ​1:a förskjutningen:Stamaxeln är förskjuten från rörledningens centrum.
  • ​2:a förskjutningen:Spindelaxeln är förskjuten från skivans tätningsytans centrum.
  • ​3:e förskjutningen (kritisk):Konisk tätningsprofil möjliggör linje-/småytekontakt.
    Fördelar:Exceptionell motståndskraft mot temperatur/tryck/erosion/kavitation; lång livslängd; potentiell återanvändning.
    Nackdelar:Hög tillverkningskostnad; hög sätesspänning; ökat vridmoment; potentiellt lågtrycksläckage (vanligtvis klass IV).

​Bild 1: Trippelförskjuten metalltätningsstruktur​
(Visuellt: Demonstrerar konisk linjekontakt vilket eliminerar glidfriktion under drift)

​2. Jämförelse av viktiga resultat​

​Mjuka tätningar kontra hårda tätningar:​

• ​Temperatur:Mjuka tätningar fungerar mellan -50 °C och 200 °C (beroende på PTFE/gummi), medan metalltätningar tål extrema temperaturer från -196 °C till 600 °C+.
• ​Tryck:Mjuka tätningar passar ≤ PN25 (≈ ANSI 150). Metalltätningar hanterar PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
• ​Läckage:Mjuka tätningar uppnår överlägsen nästan noll läckage (klass VI). Metalltätningar når klass IV/V och förbättras under högt tryck.
• ​Mediekompatibilitet:Mjuka tätningar fungerar utmärkt med vatten/luft/neutrala vätskor. Metalltätningar tolererar ånga, kolväten, slam, korrosiva vätskor och heta gaser.
• ​Robusthet:Metalltätningar erbjuder överlägsen motståndskraft mot partiklar, erosion och slitage. Mjuka tätningar bryts ner snabbt vid slitande eller frekvent strypning.
• ​Kostnad och drift:Mjuka tätningar är billigare och kräver minimalt vridmoment. Metalltätningar kräver högre initialinvestering och vridmoment men erbjuder lång livslängd under tuffa förhållanden.
• ​Användningsområden:Mjuka tätningar dominerar inom VVS, vattensystem och lågtrycksgas. Metalltätningar är viktiga inom raffinering, ångledningar, kemisk bearbetning och olja/gas.

​3. Mjuka tätningssätesmaterial​

Materialval definierar prestandagränser:

• ​NBR (nitrilgummi):Resistent mot oljor och kolväten (-20 °C till 80 °C).Användning: Vatten, tryckluft, petroleumbaserade vätskor.
• ​EPDM (etylenpropylendien):Motstår varmt vatten/ånga (<150 °C), ozon och alkalier.Användning: Värmesystem, mat/dryck, fuktig luft.
• ​FKM (Fluorocarbon Viton®):Hanterar oljor, bränslen, syror och höga temperaturer (-20 °C till 200 °C).Användning: Kemisk bearbetning, bränsleledningar, sura medier.
• ​PTFE (polytetrafluoretylen):Kemiskt inert (-50 °C till 200 °C), låg friktion. Används som:
  • Rena säten:Korrosionsbeständighet, måttlig tätning.
  • Förstärkta säten (glas/grafit):Bättre motståndskraft mot kallflytning.
  • Fodrade säten (läpp/bubbelrör):Kombinerar elasticitet och kemisk resistens.

​4. Material och behandlingar för metalltätningar​

Prestanda beror på materialparning och ytbehandling:

• ​Materialstrategi:​
  • Olika materialparningar förhindrar skärning (t.ex. rostfritt stål kontra Stellite®).
  • Säteshårdhet > Skivans hårdhet (enligt ~HRC 2-5), vilket gör skivan utbytbar.
• ​Ytförbättringar:​
  • ​Hårdpåsning:**Stellite 6®**(koboltbaserad, HRC 40-50) ellerInconel 625®**​ (nickelbaserade) överlägg är slitstarka och korrosionssäkra.Primär lösning för krävande drift.
  • ​Sätthärdning:Flam-/plasma-/laserhärdning eller nitrering (≥HV 1000) ökar motståndskraften mot slitage/kärvning.
  • ​Termisk spray:HVOF-appliceradWC (volframkarbid)ellerKromoxidBeläggningar ger extrem ytbeständighet.
• ​Exotiska legeringar:Hastelloy®- eller duplexstål som används i mycket korrosiva miljöer (hög kostnad).

​5. Begränsningar och urvalskriterier​

​Viktiga överväganden:​

• ​Mjuka tätningsgränser:Permanent kompressionssättning, kemisk inkompatibilitet (svullnad/nedbrytning), kallflytning/krypning (PTFE/gummi), partikelskador.
• ​Gränser för hård tätning:Potentiellt lågtrycksläckage, högre kostnad/vridmoment.
• ​Urvalsdrivare:Medieegenskaper (T, P, korrosivitet, fasta ämnen), läckagekrav, livscykelfrekvens, driftsmässig belastning och budget.

​Slutsats:​
Valet av fjärilsventil definieras avsynergi mellan tätningsstruktur och material. ​Mjuka tätningar(EPDM/NBR/PTFE) utmärker sig i kostnadskänsliga vatten-/luftapplikationer med lågt tryck.FKM mjuka tätningar eller PTFE-kompositer​ ...Trippelförskjutna metalltätningarmedStellite®/härdade ytorär obligatoriska för ånga, kolväten, hög T/P och erosiva flöden. Nickelbaserade material klarar extrema förhållanden. Noggrann utvärdering av driftsparametrar och materialegenskaper är avgörande; att förbise tätningsspecifikationer riskerar läckage, förtida fel och kostsamma driftstopp.