应用园地Story（六）：设计与制造(组图)

应用花园故事，请发稿至：设计与制造/赵赞阁西风丁伟朱子新，目的是测试阀门的基本强度和密封性能，每个阀门出厂前都要通过压力测试. 目前常用的国内试压标准和国外试压标准没有对软密封阀座阀进行单独区分和详细的试压说明。另外，软密封面和硬密封面的要求比压和允许比压也不一样。手轮操作阀门时，操作力的大小必然直接影响阀门的密封效果和使用寿命。本文对国内外常用的试压规范进行了简单的分析和比较，并通过一些理论计算，阐述了操作力对阀门使用的影响。前言 阀门作为流体输送系统中的控制元件，具有导流、截流、调节、导流等功能。在其众多的阀型中，截止阀是由于启闭过程中密封面之间的摩擦力小，开启高度小。它易于制造、易于维护和广泛使用。在截止阀的设计中，由于工作条件（介质、压力、温度）的不同，分为软密封和硬密封设计。硬密封设计主要用于石油、化工、冶金、

截止阀的常用设计标准有GB/T 12235《石油、石化及相关行业用钢制截止阀和升降式止回阀》、《钢制截止阀——法兰和对焊端、螺栓连接的阀盖》、《钢制截止阀和止回阀》 《石油、石化及相关行业用法兰端和对焊端阀门》等。这些设计标准对硬密封阀座的设计进行了详细阐述，在此不再赘述。密封设计要求见GB/T 12235第4.8.6节或第18节，主要针对平面软密封的设计。另外，衬氟截止阀的相关设计标准可参照HG/T 3704《氟塑料衬里阀门通用技术条件》。上述截止阀无论是软密封还是硬密封设计，在阀门组装后都需要进行压力密封试验，以保证其基本的截止和排放功能。截止阀的压力密封试验可参照上述设计标准中引用的压力试验标准规范。目前，国内相关阀门压力标准主要有GB/T 13927（原GB/T 4981）《工业阀门压力试验》和GB/T 26480（原JB/T 9092）《阀门检验与试验》、GB /T 13927参照《工业阀门压力试验》制定，JB/T 9092参照《阀门检验与试验》制定，衬氟阀门制定。压力试验可参照GB/T 23711.6《衬塑压力容器试验方法第6部分：6详述了衬氟阀门的试验介质和压力。注意，其余软密封截止阀设计图 11、阀体 2、阀瓣 3、阀盖 4、填料压盖 5、传动杆 6、手轮应用领域 制造商或阀门用户，特别是对于高压力密封压力，有不同的意见和分歧。本文重点分析该类截止阀的密封压力，讨论高压密封是否适合软密封设计波纹管截止阀结构图解，操作方式为手轮。, 操作力对密封面的影响。6详述了衬氟阀门的试验介质和压力。注意，其余软密封截止阀设计图 11、阀体 2、阀瓣 3、阀盖 4、填料压盖 5、传动杆 6、手轮应用领域 制造商或阀门用户，特别是对于高压力密封压力，有不同的意见和分歧。本文重点分析该类截止阀的密封压力，讨论高压密封是否适合软密封设计，操作方式为手轮。, 操作力对密封面的影响。手轮应用领域 制造商或阀门用户，特别是对高压密封压力有不同的意见和分歧。本文重点分析该类截止阀的密封压力，讨论高压密封是否适合软密封设计，操作方式为手轮。, 操作力对密封面的影响。手轮应用领域 制造商或阀门用户，特别是对高压密封压力有不同的意见和分歧。本文重点分析该类截止阀的密封压力，讨论高压密封是否适合软密封设计，操作方式为手轮。, 操作力对密封面的影响。

常用压力试验规范分析 1、衬氟软密封截止阀 衬氟截止阀是一种整体衬氟阀门。衬氟层包括阀体、阀芯等主要部件的表面。常见的衬氟材料有：全氟乙烯FEP(F46)、聚丙烯RPP、聚四氟乙烯PTFE(F4)等。其结构如图1所示。衬氟截止阀的密封试验是在衬里完成后进行的。 . 试验程序和步骤参照GB/T 23711.6《衬塑压力容器试验方法第6部分：压力试验》阀门公司，将试验介质分为液体、气体和气体。不同液体组合条件下的压力试验。对于这些测试压力，阀门制造商应充分考虑非金属氟衬层和密封材料受压后的永久塑性变形，评估其对后续密封性能的影响。图2-1 图2-21、阀体2、密封圈3、阀瓣4、阀杆5、阀盖6、驱动螺母7、手轮8.1、阀盖螺母8.2、波纹管9.1、锁紧螺母9.2、传动杆1.1 液体压力密封试验公式：PL﹣试验温度下的试验压力，单位为MPa（MPa）；P﹣设计压力，单位为兆帕（MPa）；[σ] ﹣ 试验温度下壳体材料的许用应力，单位为MPa（MPa）；[σ] h ﹣ 壳体材料在设计温度下的许用应力，单位为MPa（MPa）。1.2 PL、P、[σ]的含义，

从上式不难看出，本标准对衬氟阀门的密封试验压力不低。这里需要注意的是，当阀型为蝶阀或球阀时，设计者必须计算阀座上的介质压力和密封压力。阀门经压力试验后是否超过材料的允许抗压强度极限以防止密封失效。另外，对于检验标准规范GB/T 23711.6，这里需要强调的是，该标准定义为衬钢压力容器，适用于外壳为钢制的阀门。衬氟塑料截止阀设计用于承受低压，通常约为 1.6MPa。但是tycovalve，在这类阀门的成型过程中，阀壳在氟塑料压制过程中必须承受1.5-7MPa的压力，这远远超出了阀门本身的设计。公称压力，要求壳体有足够的强度，所以壳体材料的选择常采用铸钢和球墨铸铁。对于球墨铸铁材料，考虑到其机械强度和性能（抗拉强度、屈服强度、伸长率）与常用铸钢材料接近，笔者认为壳体材料选用球墨铸铁时，阀门试验压力和方法可参考按GB/T 23711.6执行。2、无氟内衬软密封截止阀 无氟内衬软密封截止阀在结构设计上与硬密封没有太大区别。不同的是密封面材料采用软质材料，如橡胶（丁腈橡胶、氟橡胶）、塑料（聚四氟乙烯、尼龙等）。除常规软密封截止阀外，在氯碱化工等高风险介质行业，以氯气、液氯为介质的波纹管截止阀往往PL=1.0P[σ][σ] hP L = 1.1P[σ][σ] h 应用角故事 请将您的稿件发送至： 阀座设计为软密封，以确保其更好的密封性能。

参照设计标准规范GB/T 12235，该类截止阀的设计主要是平面密封结构，如图2-1、2-2所示。对于以上几类软密封截止阀，目前参考的压力试验标准主要是GB/T 13927和GB/T 26480，这里我们主要区分GB/T 13927和GB/T 26480，试验差别不大壳强度和低压密封等要求。对于阀门的高压密封试验，GB/T 13927《工业阀门—压力试验》明确指出使用水、煤油或粘度可含有防锈剂的介质。不高于水的液体，GB/T 26480《工业阀门压力试验》除上述液体外还含有氮气或空气。这里需要指出的是，无论截止阀参考哪个标准，高压密封测试都是必做的测试项目（低压气密封是可选的）。对于高压密封试验压力，GB/T 13927要求阀门在20℃时的最大允许工作压力至少为1.1倍，GB/T 26480要求在38℃时阀门的最大允许工作压力为1.1倍。摄氏度。事实上，这些标准也表明，在特殊情况下，使用铭牌上标注的最大工作压差的1.1倍进行耐压试验。在这里，应该更多的理解为气动、电动等执行器的情况。另外，软密封截止阀的密封面属于弹性非金属密封副，

通过以上总结，我们将分析该类设计的截止阀密封面在介质压力为公称压力1.1倍时的密封性能。关于阀门的密封，对于阀门制造商来说，做到绝对密封实际上是非常困难的合资阀门品牌，这取决于介质的状态、密封面的微观几何形状、平整度和偏差程度等诸多因素。从理想的表面。只有当密封面的表面间隙小于介质的分子直径时tycovalve，才能保证介质的绝对密封，但间隙值必须小于0.003μm，甚至是凸峰的高度精密研磨金属表面仍会超过0.1μm，即 比水分子的直径大30倍，一定时间后总会有一些介质泄漏或蒸发。因此，良好的密封性能是指具有工业价值和使用意义的密封。要达到这种密封性能，必须考虑密封面的单位面积有足够的压力，即压力必须是特定的。密封面会因密封面的比压而轻微变形。这种变形必须在材料的弹性极限范围内，只有很小的残余变形才能保证密封性能。图 3 显示了加压前后密封面的状态。示意图：a为压缩前的状态，b 为压缩后的状态。对于截止阀等手轮操作的阀门，手轮作用力的大小直接影响阀门密封面的比压力值，因此设计者必须考虑密封面的压力不会引起阀门过大的塑性变形。材料，导致强度失效。为此，需要满足： q MF

虽然对密封面的比压进行了大量的研究工作，但研究结果却大相径庭，主要受限于密封面之间的介质渗透面积分布的复杂形式，配合面的实际比压和计算出的比值会有一定的压力差。目前具有实际参考意义的计算可参考以下公式： 公式中：C﹣与密封面材料有关的系数，PTFE、RPTFE、NYLON、PEEK、MOLON等材料C=1.8；K﹣ 在给定的密封面材料条件下波纹管截止阀结构图解，考虑介质压力对压力值的影响系数，对于RPTFE、NYLON、PEEK、MOLON等材料K=0.9；图3a bP﹣介质工作压力（MPa），通常取公称压力PN（MPa）；b M﹣密封面宽度（mm）。以上计算是以液体常温闭路阀为研究对象。对于电厂或重要设备中使用的一些阀门和危险介质（易燃、易爆、剧毒），如透气性较强的氢气、高危介质、氯气等，比压值建议提高至少1.8倍。对于本文研究的软密封截止阀，在恶劣工况下的分析公式如下： 3、密封压力和手轮操作力的分析，见图2-2波纹管截止阀结构。采用这种结构，阀门进入1.1倍公称压力，介质低进高出，以及密封条件下阀杆的轴向力和扭矩、软密封面的比压等参考下列公式计算。3.1 阀杆轴向力计算 Q' FZ = Q MF ﹢ Q MJ ﹢ QT ﹢ Q' J ﹢ QB 式中：Q' FZ ﹣关闭时阀杆总轴向力（N）；Q MF ﹣ 密封面 对阀门的密封力（N）；QMJ ﹣ 介质对圆盘的力（N）；QT﹣阀杆与填料之间的摩擦力（N）；Q ' J ﹣ 防转装置关闭时的摩擦力（N）；QB﹣波纹管膨胀力（N）。FZ﹣关闭时的总阀杆轴向力（N）；Q MF ﹣ 密封面 对阀门的密封力（N）；QMJ ﹣ 介质对圆盘的力（N）；QT﹣阀杆与填料之间的摩擦力（N）；Q ' J ﹣ 防转装置关闭时的摩擦力（N）；QB﹣波纹管膨胀力（N）。FZ﹣关闭时的总阀杆轴向力（N）；Q MF ﹣ 密封面 对阀门的密封力（N）；QMJ ﹣ 介质对圆盘的力（N）；QT﹣阀杆与填料之间的摩擦力（N）；Q ' J ﹣ 防转装置关闭时的摩擦力（N）；QB﹣波纹管膨胀力（N）。

其中： Q MF = π × D mp × b M × q MF 式中： D mp——阀座密封面的平均直径（mm）。q MF = C﹢KPb M /10q MF = 1.8×()1.8﹢0.9Pb M /10 Story 请将稿件发送至：D mp = D MN ﹢b M（如图4） 公式中： D MN ﹣ 密封面内径（mm）；b M——密封面宽度（mm）。Q MJ =π/4×D 2 mp ×P 式中：P﹣阀门公称压力（MPa）。QT = πψd F h TP 式中：Ψ﹣填料摩擦系数，材料为柔性石墨，值为0.2，PTFE/RPTFE，值为0.08；h T ﹣ 包装深度（mm）；d F﹣阀杆直径（mm）。Q' J = (Q MF ﹢ Q MJ ﹢ QT )/(RJ /f T ×R FM -1) 其中： RJ——计算半径（mm，如图5所示）；d FP = d F - t/2；t ﹣ 螺栓升程（螺距）（mm）；α L ﹣ 螺纹提升角，α L = arctg[t/π(d F - t/2)]；

QB = G×H/2 式中：G——波纹管刚度（N/mm）；H——波纹管行程（mm）。3.2 密封面比压计算 实际比压：q=(Q MF ﹢ Q MJ )/[π(D MN ﹢ b M ) b M ] 公式中：见Q MF 、Q MJ 、D MN 的含义, 和 b M 。公式 3.1 公式。3.3 阀门扭矩的计算截止阀关闭时的扭矩：M'Z=(M'FL﹢M'Fu)/1000 式中：M'Z﹣关闭时阀杆总扭矩(N•m)；M' FL ﹣ 关闭 当M' Fu - 关闭时，传动杆与阀杆表面之间的摩擦力矩（N·mm）。其中： M' FL = Q' FZ ×R FM 其中： Q' FZ ﹣ 阀杆关闭时的总轴向力（N）；RFM﹣螺纹闭合时的摩擦半径（mm）。M' Fu = 2μ × Q' FZ × d 1 /3 其中：μ﹣钢材摩擦系数，取值为0.15；d 1 、d 2 ——阀杆和传动杆头部的尺寸（mm，如图6所示）。关于截止阀的手轮力，根据2007年的规定，手轮的直径应小于阀门结构的长度或更小，取较小者，手轮的操作力不应大于360N。

以-25C波纹管截止阀为例：阀门口径为DN100，公称压力为PN25，密封面内径D MN = 100mm，密封面宽度b M = 5mm，阀杆直径d F=32mm，填塞深度hT=30mm，波纹管刚度G=9.4N/mm，介质低进高出，操作方式为手轮操作，密封圈材料选用加强聚四氟乙烯RPTFE（PTFE+15%碳纤维），将这些数据代入上述计算公式，在1.1倍公称压力条件下进行计算分析，得到软密封截止阀的关闭力如 Q' FZ =; 计算扭矩M' Z = 155.2N•m；计算得到的密封面比压q=20.5MPa。首先分析手轮的操作力。25C结构的长度为350mm，也就是说截止阀的手轮直径不超过350mm。如果手轮直径为350mm，手轮操作力为360N，则截止阀的最大扭矩为63N•m。，即阀门在承受1.1倍公称压力试验时，需要较大的外力来满足密封面密封。其次，在阀门可以密封的前提下，计算得到的密封面比压值为q=20.5MPa。根据qMF的计算公式，要求比压值为10.8MPa，PTFE的允许比压[q]不大于17.5MPa。

相比之下，如果阀门密封圈是用聚四氟乙烯制成的，已经超过了材料的允许抗压强度，RPTFE的使用量也非常接近它的最大值。因此，这类软密封截止阀用于高压介质。这种情况下，手轮操作力过小不能满足阀门的基本密封功能，手轮操作力过大会超过软密封材料的允许压力。长期使用必然会影响密封效果，缩短使用寿命。图5f T﹣阀杆与防转块的摩擦系数，取f T = 0.2；RFM ﹣ 螺纹闭合时的摩擦半径（mm）。其中： R FM = d FP /2 × tg (α L ﹢ ρ L ) 其中： d FP ﹣ 阀杆螺纹平均直径（mm），RJ 图 6d 1d 2 图 4 平面密封 D MN b M 应用领域 故事请发稿至： 参考文献 [1] GB/T 13927《工业阀门—压力试验》。[2] GB/T 26480《阀门检验与试验》。[3] GB/T 23711.6《塑料衬里压力容器试验方法第6部分：压力试验》。[4]阀门设计——沉阳阀门研究所，1976年版。[5]杨元全，阀门设计手册。北京：机械工业Press, 1992. [6] Lu Pewen, Valve (Third ), Press. 综上所述，对于软密封截止阀，无论是否衬氟，实际工况压力是合理的事实上，目前无论是阀门制造商还是终端用户都在软密封...

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