Principio central de definición y sellado
La compuerta en forma de cuña se sella mediante una cuña mecánica entre el disco en forma de cuña y la junta del asiento de la válvula. Es una estructura típica de sello forzado unilateral. El principio de diseño central es utilizar las características geométricas del disco de cuña (como el ángulo de cuña, la forma cónica, etc.) para aumentar la carga de sellado auxiliar, a fin de lograr un sellado confiable en condiciones de alta y baja presión. En comparación con la estructura de doble disco paralelo, la compuerta de cuña se puede sellar mediante una fuerza de cuña de un solo-lado, con una estructura compacta y un par de operación controlable.
Mecanismo de instalación del asiento de cuña
Principio de acuñamiento mecánico
El principio de diseño central de la compuerta de cuña radica en la geometría del ángulo de la cuña (normalmente de 5 grados a 15 grados). Cuando el disco de la compuerta está cerrado, el ángulo de la cuña produce un componente de fuerza vertical hacia abajo, lo que obliga al disco de la compuerta a entrar en estrecho contacto con el sello del asiento de la válvula. Cuanto menor sea el ángulo de la cuña, mayor será la fuerza de cuña, pero esto debe equilibrarse con el par de funcionamiento. Por ejemplo, un ángulo de cuña de 5 grados proporciona una relación de presión de sellado más alta pero requiere un par de cierre mayor; un ángulo de cuña de 15 grados es más fácil de operar pero tiene una relación de presión de sellado relativamente menor. Según documentos técnicos de Tianjin Kaiweis Valve Manufacturing Co., Ltd., el rango de diseño de ángulo de cuña de los productos de la compañía está estrictamente controlado entre 8 y 12 grados para equilibrar el rendimiento del sellado y la eficiencia operativa.
2.Coincidencia de materiales
- Sello duro (metal-con-metal): recubrimiento de tungsteno, cromo y cobalto con una rugosidad de superficie de rectificado de precisión inferior o igual a Ra0,4 micrones. El estudio de caso de Olam Valve Technology Co., Ltd. muestra que el Stellite HRC tiene una dureza mayor o igual a 45, una resistencia a la abrasión del 300% y es adecuado para condiciones de alta temperatura y presión (menor o igual a 550 grados).
- Sello blando (metal a no-metal): las juntas compuestas de PTFE/grafito se llenan de microporos mediante deformación elástica. La empaquetadura trenzada de PTFE tiene una tasa de compresión del 15% al 25%, una tasa de rebote mayor o igual a mayor o igual al 85%, rango de temperatura aplicable menor o igual a 200 grados. Las juntas de grafito tienen una conductividad térmica de 80 W/ (m·K), una fuerte capacidad de compensación de expansión térmica y son adecuadas para condiciones cíclicas o de baja temperatura.
Estructura de la guía
Para garantizar una dirección precisa del acuñamiento, el riel guía del disco limita la deflexión horizontal del disco de la compuerta y el vástago antitorsión evita que la rotación del vástago provoque que la superficie de sellado se desalinee. Por ejemplo, cierto tipo de válvula de compuerta de cuña tiene un diseño de ranura de guía doble que mantiene la desviación horizontal del disco de compuerta en ± 0,05 mm, lo que reduce en gran medida el riesgo de fugas.
Efecto de la presión del medio sobre el rendimiento del sellado
Mecanismo de sellado positivo
La presión dieléctrica actúa sobre la superficie superior de la puerta y la puerta se transforma en una fuerza de sellado vertical a través de una estructura de cuña. Los datos experimentales indican que una presión media de 10 MPa puede producir una presión de sellado adicional de aproximadamente 3-5 MPa, lo que produce un efecto de sellado de "auto-refuerzo". A través de la discusión técnica, se establece un modelo de conversión de presión, que demuestra que bajo condiciones de sellado positivas, la presión de sellado está relacionada lineal y positivamente con la presión media. Limitaciones del sello inverso
La relación de presión del sello de entrada depende de la fuerza de la cuña y cuando se invierte la presión dieléctrica, es fácil provocar fugas. Los datos de prueba de Fujian Detsen Valve Co., Ltd. muestran que la tasa de fuga de la compuerta de cuña con sello metálico puede alcanzar 0,1 mm3/s en condición invertida, significativamente mayor que los 0,01 mm3/s en condición invertida.
Presión-Diseño equilibrado
Estructura de extremo de sello doble: tasa de fuga reducida a menos de 0,01 mm3/s mediante el auto-equilibrio de la presión del medio. Por ejemplo, cierto tipo de válvula de compuerta de cuña de doble-cara sellada tiene una reducción del 90% en la fuga inversa a 10 MPa en comparación con una estructura de extremo simple-sellado.
Sello auxiliar de resorte de disco: el conjunto de resorte de disco proporciona una precarga constante (normalmente 5-10 N/mm2) para compensar las fluctuaciones de presión. Algunas válvulas de sellado asistidas por resorte mantienen una tasa de fuga estable inferior o igual a 0,005 mm3/s a ± 2 MPa.
INTRODUCCIÓN Diferencias en las superficies de sellado Principio de diferentes materiales
Sello duro de metal
El revestimiento de cobalto Stellite está sellado mediante deformación mecánica y entrelazado con superficies micro-convexas. Su rango de temperatura aplicable es inferior o igual a 550 grados. La resistencia a la abrasión es mayor o igual a 45 de dureza, resistencia a la corrosión, adecuada para vapor, aceite a alta temperatura yotros medios.
Sello blando no-metálico
- Empaquetadura trenzada de PTFE: relación de compresión 15% -25%, tasa de rebote mayor o igual al 85%, adecuada para medios neutros como agua y aire (menor o igual a 200 grados).
- Junta de grafito: Conductividad térmica 80 W/(m. K), alta compensación de expansión térmica, adecuada para nitrógeno líquido criogénico (-196 grados) o oleoductos calientes.
Estructura de sellado compuesta
Adopte una junta de doble-capa 304L + PTFE: la capa metálica proporciona soporte, la capa no-metálica garantiza el sellado. Adecuado para una combinación de medios corrosivos y condiciones de alta temperatura. Junta enrollada en espiral de acero inoxidable-grafito: tasa de fuga inferior o igual a 1×10−4Pa·m3/s (prueba de helio) para aplicaciones más exigentes, como tuberías de hidrógeno de presión ultra-alta. El estudio de caso de Changzhou Karls Fluid Control Equipment Co., Ltd. muestra que su junta compuesta mantiene cero fugas a una presión de 15 MPa.
Escenarios de aplicación y recomendaciones de selección
Aplicaciones de alta-presión
Se prefieren las aleaciones de tungsteno, cromo y cobalto para cubrir sellos duros con una presión de diseño de hasta 16 MPa. Por ejemplo, la tubería principal de agua de alimentación de una planta de energía nuclear, que utiliza una válvula de compuerta de cuña con clasificación de 16 MPa-, ha estado libre de fugas-durante 10 años.
CrioAplicaciones
Los sellos blandos de PTFE son adecuados para tuberías de nitrógeno líquido que funcionan a -196 grados. Su coeficiente de expansión lineal (aproximadamente 10-4/grado) compensa los espacios de sellado. Un proyecto de tanque de almacenamiento criogénico utiliza válvulas de sellado de PTFE para mantener la confiabilidad del sellado durante la circulación desde -196 grados hasta temperatura ambiente. Medios corrosivos
El cuerpo de la válvula de acero inoxidable 316L y la superficie de sellado de Hastelloy C-276 son resistentes a la corrosión por iones de cloro (concentración inferior o igual a 200 ppm). Según el Manual de Selección de Modelos de Equipos para Centrales Térmicas, esta combinación tiene una vida útil de más de 10 años en sistemas de desalinización de agua de mar.
Conclusión:
El principio de sellado de la compuerta de cuña se logra mediante la combinación mecánica del material de cuña y el diseño de equilibrio de presión. Las diferencias de rendimiento provienen del rendimiento del material y la optimización estructural. Al seleccionar una válvula de compuerta de cuña, se deben tener en cuenta la presión de trabajo, la temperatura y las características dieléctricas para maximizar la confiabilidad del sellado y la vida útil.