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阀门知识

超低温球阀工作原理

2019-08-20

气动球阀


超低温球阀工作原理

陆贡阀业生产的超低温球阀适用温度达-196℃,产品广泛用于液化天然气、液化石油气、空分及其它低温行业,在低温-196℃条件下能够保证可靠运行,阀门多次循环开关后,能保持压力边界完整、无损伤,动作正常,扭矩降低,阀座泄漏不超标,阀门综合性能达到国内**水平;超低温球阀可实现全压差下的双向零泄漏密封,能够在超压时自动泄压,有效避免了出现危险的超压情况,可提供多种阀腔超压泄压方式供用户选择。

超低温球阀结构特点超低温球阀工作原理图

①阀体采用顶装式结构,可直接在线对阀门进行维修、维护、更换阀内件。

②阀门开设有平衡孔,防止加长套内温度变化、压力升高,实现与阀腔的连通;阀杆的防喷出设计,阀杆底部的台阶保证阀杆不会被阀体内的压力吹出,在阀杆头部部位采用导向轴承设计,对阀杆进行导向定位,以降低操作扭矩,阀杆填料采用低泄漏密封设计,采用蓄能密封圈+微型石墨组合填料,并采用弹簧加载设计。

③采用带滴水盘的整体延长阀盖,保证处于阀盖顶部填料区的温度处于适合正常密封区间,同时保证温度不会传导至操作机构,在zui低温度zui大压差下都能正常操作,滴水盘结构可阻止阀杆上部的凝结水直接滴入延伸阀盖根部,造成阀盖的腐蚀损伤或对保温层的破坏。

④阀体设置泄压孔,保持上游和中腔的连通,外接泄放阀,排放中腔压力,起到中腔迫压保护功能。

⑤防静电设计,阀杆侧部位置的弹簧和钢珠确保了阀杆、球体、阀体之间时刻处于电导通状态。

⑥防火设计,当火灾发生时,非金属密封环熔化失效后,金属密封阀座在弹簧预紧力的作用下,推向球体阻断管件流体,zui大程度减少阀门通道中的内漏。

⑦深冷处理实验,超低温球阀的阀体、阀盖、球体、阀杆、支架、所用的密封填料及垫圈等配件,陆贡阀业都严格进行-196℃液氮低温测试,并保证4小时以上的低温处理,主要目的是稳定零件尺寸和消除因组织变化产生的弊病。

超低温球阀的结构设计

超低温球阀的加长阀盖、滴水板、中腔超压泄放等常规设计要求在BS 6364、MESC SPE77/200等标准中均有规定。在超低温球阀结构设计中,阀座密封材料采用PCTFE,阀体与阀座之间采用带弹簧补偿的唇形密封圈(LIPSEAL)。中腔超压泄放可采用直接在球体上游或下游开孔(其实际应用存在一定的局限性),或者采用API 6D DIB-2结构设计成SPE-DPE组合阀座,实现中腔超压自动向上游或下游泄放。

对于超低温球阀,为避免金属与非金属材料(PCTFE)在超低温工况下变形不一致影响阀门密封性能,应合理设计球阀的阀座结构。一般情况下,球阀密封主要靠球体与阀座、阀座与阀体之间的密封实现。对于LNG超低温球阀,阀座泄漏通道主要为阀座与球体、阀座密封圈与球体及阀座密封圈与阀座支承之间。阀座与球体之间采用带弹性储能的唇形密封圈(LIPSEAL),克服金属与非金属超低温工况下变形不一致来实现密封,阀座密封圈与球体之间靠预紧蝶形弹簧及介质力保证密封。而对于超低温环境工况,阀座密封圈与阀座支承之间的泄漏通道往往被忽视,也不容易找到解决办法。经采用带补偿密封力的阀座结构,合理设计生产工艺,解决了阀座支承与阀座密封圈变形不一致而影响密封的问题。

同时,因阀座密封材料PCTFE为工程塑料,要实现阀座的密封性能,必须施加一定的预紧力以满足材料的必需比压,并且在介质压力下所受力不能超过材料的许用比压,导致密封材料与球体之间必须有一定的接触宽度。如常温管线球阀,若阀座密封圈材料采用PTFE、尼龙等工程塑料,阀座设计成DIB-1或DIB-2的结构时,若不合理设计阀体与阀座之间O形圈(亦称活塞密封圈)的尺寸以及阀座密封面的宽度,或者相关功能较难实现,或者扭矩将会很大而影响阀门的开关性能。

对于超低温球阀,唇形密封圈相比O形圈除了常温下要靠挤压变形实现密封外,还必须要在低温环境下,通过弹簧力的补偿克服低温变形对密封造成的影响。因此对于同规格的球阀阀座,可选用的唇形圈截面宽度要比O形圈截面直径大,相应的阀门扭矩也大。因此,对于阀座密封圈材料采用工程塑料PCTFE的超低温球阀,合理设计和选择密封圈接触宽度及唇形密封圈的截面尺寸,将直接影响阀门的开关操作性能和超压泄放功能。

超低温球阀的工作原理

超低温球阀在抗结冰合二防冻裂的方面很巧妙的利用气体和水的体积随着温度的变化而变化的物理特性进行设计,由于水会随着温度的降低直至结冰体积会逐渐的膨胀,此过程会对超低温球阀产生很大的压力,而气体则与之相反,其会随着温度的降低和外界压力的增大体积会逐渐缩小,并且其他相对于水而言性质毕竟活泼,因此在温度降低的过程中其收缩程度会远远大于水在温度降低时的膨胀程度,因此阀体内的气胎在阀体内水结冰而产生膨胀时会迅速发生收缩,从而为水的膨胀让出更多的空间,完全能够将冰的膨胀进行容纳,从而彻底将冰膨胀部门所产生的压力进行彻底的消除,以此来对超低温球阀进行保护。

超低温球阀的工作过程

超低温球阀装在管道上进行正常使用时,气胎一致保持鼓起的状态,当管道内的水随着温度的降低发生凝固和膨胀反应时,气胎内的气胎会随着温度的降低和压力的增大相应的发生更大幅度的缩小,再加上胎体自身具有很好的伸缩性,便会很好的将水结冰之后发生膨胀的部分进入胎腔内,以此将冰的膨胀对阀体的巨大压力进行合理抵消,从而对球阀的阀体进行相应的保护,使其不被涨破。而当温度逐渐恢复时,管内冰块逐渐融化,水的膨胀体积减小,而胎体内的气体体积则随之增大,球阀的结构便逐渐恢复为原状。

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