Định nghĩa cốt lõi và nguyên tắc niêm phong
Cổng nêm được bịt kín bằng một nêm cơ khí giữa đĩa nêm và đệm tựa van. Nó là một cấu trúc con dấu cưỡng bức đơn phương điển hình. Nguyên tắc thiết kế cốt lõi là sử dụng các đặc tính hình học của đĩa nêm (chẳng hạn như góc nêm, độ côn, v.v.) để tăng tải trọng bịt kín phụ, nhằm đạt được độ kín đáng tin cậy trong điều kiện áp suất cao và thấp. So với cấu trúc đĩa đôi song song, cổng nêm có thể được bịt kín bằng lực nêm một phía, có cấu trúc nhỏ gọn và mô-men xoắn vận hành có thể kiểm soát được.
Cơ chế lắp đặt ghế nêm
Nguyên lý nêm cơ khí
Nguyên tắc thiết kế cốt lõi của cổng nêm nằm ở hình dạng của góc nêm (thường là 5 độ -15 độ). Khi đĩa cổng đóng, góc nêm tạo ra thành phần lực thẳng đứng hướng xuống, buộc đĩa cổng tiếp xúc chặt với phốt chân van. Góc nêm càng nhỏ thì lực nêm càng mạnh nhưng điều này phải được cân bằng với mômen vận hành. Ví dụ, góc nêm 5 độ mang lại tỷ lệ áp suất bịt kín cao hơn nhưng yêu cầu mô-men xoắn đóng lớn hơn; góc nêm 15 độ dễ vận hành hơn nhưng có tỷ lệ áp suất bịt kín tương đối thấp hơn. Theo tài liệu kỹ thuật từ Công ty TNHH Sản xuất Van Kaiweis Thiên Tân, phạm vi thiết kế góc nêm của các sản phẩm của công ty được kiểm soát chặt chẽ trong khoảng từ 8 đến -12 độ để cân bằng hiệu suất bịt kín và hiệu quả vận hành.
2. Kết hợp vật liệu
- Phốt cứng (kim loại-đến-kim loại): lớp phủ coban crom vonfram với độ nhám bề mặt mài chính xác Nhỏ hơn hoặc bằng Ra0,4 micron. Nghiên cứu trường hợp của Olam Valve Technology Co., Ltd. cho thấy Stellite HRC có độ cứng lớn hơn hoặc bằng 45, khả năng chống mài mòn 300% và phù hợp với điều kiện nhiệt độ và áp suất cao (Nhỏ hơn hoặc bằng 550 độ).
- Vòng đệm mềm (kim loại đến phi kim loại): Miếng đệm bằng hỗn hợp PTFE/than chì được lấp đầy bằng các vi lỗ do biến dạng đàn hồi. Bao bì bện PTFE có tỷ lệ nén 15% -25%, tốc độ bật lại Lớn hơn hoặc bằng Lớn hơn hoặc bằng 85%, phạm vi nhiệt độ áp dụng Nhỏ hơn hoặc bằng 200 độ. Miếng đệm than chì có độ dẫn nhiệt aa là 80 W/ (m·K), khả năng bù giãn nở nhiệt mạnh và phù hợp với điều kiện nhiệt độ thấp hoặc chu kỳ.
Cấu trúc của hướng dẫn
Để đảm bảo hướng nêm chính xác, ray dẫn hướng đĩa hạn chế độ lệch theo phương ngang của đĩa cổng và-thân chống xoắn ngăn cản việc xoay thân khiến bề mặt bịt kín bị lệch. Ví dụ, một loại van cổng nêm nhất định có thiết kế rãnh dẫn hướng kép giúp giữ độ lệch ngang của đĩa cổng ở mức ± 0,05mm, giúp giảm đáng kể nguy cơ rò rỉ.
Ảnh hưởng của áp suất phương tiện đến hiệu suất bịt kín
Cơ chế niêm phong tích cực
Áp suất điện môi tác dụng lên bề mặt trên của cổng và cổng được chuyển thành lực bịt kín thẳng đứng thông qua cấu trúc hình nêm. Dữ liệu thực nghiệm chỉ ra rằng áp suất trung bình 10 MPa có thể tạo ra áp suất bịt kín bổ sung khoảng 3-5 MPa, dẫn đến hiệu ứng bịt kín "tự gia cố". Thông qua thảo luận kỹ thuật, một mô hình chuyển đổi áp suất được thiết lập, chứng tỏ rằng trong điều kiện bịt kín dương, áp suất bịt kín có quan hệ tuyến tính và dương với áp suất trung bình. Hạn chế về con dấu ngược
Tỷ lệ áp suất của phốt đầu vào phụ thuộc vào lực nêm, khi áp suất điện môi bị đảo ngược sẽ dễ gây rò rỉ. Dữ liệu thử nghiệm của Fujian Detsen Valve Co., Ltd. cho thấy tốc độ rò rỉ của cổng nêm bịt kim loại có thể đạt 0,1 mm3/s ở điều kiện đảo ngược, cao hơn đáng kể so với 0,01 mm3/s ở điều kiện đảo ngược.
Áp lực-Thiết kế cân bằng
Cấu trúc đầu bịt kép: tốc độ rò rỉ giảm xuống dưới 0,01 mm3/s thông qua khả năng tự cân bằng áp suất của phương tiện truyền thông. Ví dụ: một loại van cổng hình nêm hai mặt kín có khả năng giảm 90% rò rỉ ngược ở áp suất 10 MPa so với cấu trúc một đầu bịt kín.
Phốt phụ lò xo đĩa: Cụm lò xo đĩa cung cấp tải trước không đổi (thường là 5-10 N/mm2) để bù cho sự dao động áp suất. Một số van bịt kín có lò xo duy trì tốc độ rò rỉ ổn định Nhỏ hơn hoặc bằng 0,005 mm3/s ở ± 2 MPa.
GIỚI THIỆU Sự khác biệt về nguyên lý bề mặt bịt kín của các vật liệu khác nhau
Con dấu cứng kim loại
Lớp phủ coban Stellite được bịt kín bằng biến dạng cơ học và liên kết với các bề mặt lồi-vi mô. Phạm vi nhiệt độ áp dụng của nó là Nhỏ hơn hoặc bằng 550 độ. Khả năng chống mài mòn lớn hơn hoặc bằng độ cứng 45, chống ăn mòn, thích hợp cho hơi nước, dầu nhiệt độ cao vàphương tiện truyền thông khác.
Con dấu mềm phi kim loại
- Bao bì bện PTFE: Tỷ lệ nén 15% -25%, tốc độ bật lại Lớn hơn hoặc bằng 85%, phù hợp với môi trường trung tính như nước và không khí (Nhỏ hơn hoặc bằng 200 độ).
- Miếng đệm than chì: Độ dẫn nhiệt 80 W/(m. K), bù giãn nở nhiệt cao, thích hợp cho nitơ lỏng đông lạnh (-196 độ) hoặc đường ống dẫn dầu nóng.
Cấu trúc niêm phong tổng hợp
Sử dụng miếng đệm hai lớp 304L + PTFE-: lớp kim loại cung cấp sự hỗ trợ, lớp phi kim loại đảm bảo bịt kín. Thích hợp cho sự kết hợp của môi trường ăn mòn và điều kiện nhiệt độ cao. Vòng đệm vết thương xoắn ốc bằng than chì-bằng thép không gỉ: Tốc độ rò rỉ Nhỏ hơn hoặc bằng 1×10−4Pa·m3/s (thử nghiệm khí heli) dành cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe hơn chẳng hạn như đường ống hydro áp suất cực cao. Nghiên cứu điển hình của Công ty TNHH Thiết bị kiểm soát chất lỏng Thường Châu Karls cho thấy miếng đệm composite của nó duy trì độ rò rỉ bằng 0 ở áp suất 15 MPa.
Kịch bản ứng dụng và khuyến nghị lựa chọn
Ứng dụng-áp suất cao
Hợp kim crom và coban vonfram được ưu tiên sử dụng để che phủ các vòng đệm cứng có áp suất thiết kế lên tới 16 MPa. Ví dụ: đường ống dẫn nước cấp chính của nhà máy điện hạt nhân sử dụng van cổng nêm định mức 16 MPa{3}}đã không bị rò rỉ-trong 10 năm.
Ứng dụng Cryo
Phớt mềm PTFE thích hợp cho đường ống nitơ lỏng hoạt động ở -196 độ. Hệ số giãn nở tuyến tính của nó (khoảng 10−4/độ) bù đắp cho việc bịt kín các khoảng trống. Dự án bể chứa đông lạnh sử dụng van bịt kín PTFE để duy trì độ tin cậy bịt kín trong quá trình lưu thông từ -196 độ đến nhiệt độ phòng. Phương tiện ăn mòn
Thân van bằng thép không gỉ 316L và bề mặt bịt kín Hastelloy C-276 có khả năng chống ăn mòn ion clo (nồng độ Nhỏ hơn hoặc bằng 200 ppm). Theo Sổ tay lựa chọn mô hình cho thiết bị nhà máy nhiệt điện, sự kết hợp này có tuổi thọ hữu ích hơn 10 năm trong các hệ thống khử mặn nước biển.
Phần kết luận:
Nguyên lý bịt kín của cổng nêm đạt được bằng cách kết hợp vật liệu nêm cơ học và thiết kế cân bằng áp suất. Sự khác biệt về hiệu suất đến từ hiệu suất vật liệu và tối ưu hóa cấu trúc. Khi lựa chọn van cổng nêm, cần tính đến áp suất làm việc, nhiệt độ và đặc tính điện môi để tối đa hóa độ tin cậy và tuổi thọ bịt kín.