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      淺談調節閥Ⅵ級泄漏的實現

      文/李艷榮、楊冠民 天津精通控制儀表技術有限公司

      調節閥又稱控制閥,它是過程控制系統中用動力操作去改變流體流量的裝置。調節閥由執行機構和閥組成。調節閥在選用時要保證自控系統正常運行,又需要滿足經濟性的要求。近幾年電力、石油、化工等領域已將大修周期由一年至一年半提高到二年至三年甚至四年,為了節約資金和現場空間,很多用戶在非重要場合已取消了調節閥旁路設計,現場使用中也對控制閥的可靠性提出了更高的要求。其中最大閥座泄漏量是用戶最為關注的技術指標之一,很多場合使用的調節閥要求具有調節、切斷功能,這樣就需要調節閥的泄漏等級為Ⅵ級。Ⅵ級泄漏等級要求的泄漏量為氣泡級,是除零泄漏以外要求最高的泄漏等級。因此調節閥要求達到Ⅵ級泄漏也是十分困難的。

      本文主要針對本公司生產的GZ系列單座調節閥和GT系列籠式調節閥的設計結構和閥座密封力進行討論。

        一、調節閥結構設計

      在GB/T 4213-2008《氣動調節閥》中規定調節閥Ⅵ級泄漏的試驗方法及計算方法如表1、表2所示。

      表1

      表2

      為了保證制造的調節閥泄漏等級達到Ⅵ級,采用金屬硬密封結構是很難保證的,因此國內外很多先進調節閥生產廠家均采用軟密封結構來保證,泄漏等級Ⅵ級一般采用PTFE(聚四氟乙烯)作為密封材料。PTFE(聚四氟乙烯)具有非常優良的耐腐蝕和耐熱性能,但應引起重視的是采用PTFE作為密封材料時使用溫度應限制在204℃以下,最大許用壓力、壓差不得超過5MPa.

      現以我單位生產的G系列調節閥為例,為保證Ⅵ級泄漏的要求,從設計結構上簡要分析一下。對于GZ型單座閥采用的設計結構如圖1、圖2、圖3所示

                 圖1    DN25~40(縮徑到6,10)                             圖2    DN20~50(縮徑到12,20,25,40)

                               圖3 DN65~DN100

      如圖1所示為DN25、40縮徑到6,10的結構,由于閥芯尖端尺寸偏小,因此閥芯尖端和PTFE盤采用盤狀護圈與閥芯導向裝置進行連接,形成整體閥芯;如圖2所示為DN25、40、50以及縮徑到12,20,25,40的結構,閥芯尖端和 PTFE盤與閥芯導向裝置通過銷釘連接形成整體閥芯;如圖3所示為DN65~DN100的結構,閥芯尖端和 PTFE盤與閥芯導向裝置通過螺釘連接形成整體閥芯;結構原理是在閥門運行過程中,閥座環都是與PTFE盤直接接觸,通過閥門往復運動使PTFE盤與閥座環接觸部分緊密貼合,形成軟密封結構。

      對于GT型籠式閥采用的設計結構如圖4所示;

      圖4   

      如圖4所示,GT型籠式閥要保證Ⅵ級泄漏采用的設計結構是:將一個0.8mm厚的PTFE盤,用盤狀閥座和閥座盤護圈夾在中間共同組成整體閥座,盤位于閥座與閥芯密封部分,通過閥芯不斷的往復運動,使夾在中間的PTFE盤緊密貼合在閥座密封面上形成軟密封結構。

      二、閥座密封力的選擇

      為保證調節閥達到Ⅵ級泄漏要求,不僅需要有良好的密封副設計,合理選擇執行機構輸出力也是重要工作之一,執行機構出力偏小,無法提供足夠的閥座負載力(密封力)不能保證密封,造成調節閥泄漏量很大;執行機構輸出力過大,如超過了PTFE材料的許用比壓[qMF]就會產生冷流現象(由于材料承受過大壓力而產生的永久性變形),大大縮短密封面的使用壽命。

      在執行機構輸出力的選擇上,我們一般是通過計算閥門所需驅動的力與能夠提供這樣一個力的執行機構相匹配來進行的。操作調節閥所需要的力主要包括

      1. 克服閥芯的靜態不平衡需要的力(不平衡力)

      2. 提供閥座負載的力(密封力)

      3. 克服填料摩擦需要的力(摩擦力)

      4. 某些特定應用或結構所需的附加力在驅動閥門時也需要附加的力,如:波紋管的剛度,密封導致的異常摩擦力等。

      各規格調節閥結構不同,尺寸不同,現場使用中承受的壓差、溫度、介質種類各不相同,這就要求調節閥生產制造廠家根據現場工況條件,合理選擇執行機構輸出力(正作用執行機構由氣源壓力與彈簧范圍上限值進行調整;反作用執行機構由彈簧范圍下限值進行調整。具體執行機構輸出力計算詳見我們在2010年8月《國際控制閥》第21期中發表的《氣動薄膜執行機構輸出力》一文),將執行機構輸出力與閥門所需驅動的力合理進行匹配,使調節閥達到Ⅵ級泄漏等級是完全可以實現的。

      我公司近些年來生產了相當數量要求Ⅵ級泄漏等級的調節閥,幾年來現場運行良好,因此調節閥要做到Ⅵ級泄漏,在結構上有效設計和合理選用執行機構輸出力是十分必要的。

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