单座调节阀软密封结构设计分析

1、概述

　　调节阀(也称为控制阀 control valve)是过程控制回路的终端控制元件,但也是系统过程控制回路中较为薄弱的一个环节。调节阀按调节型式可以分为调节型、调节切断型和切断型3类,其中调节切断型和切断型的调节阀,泄漏量必须达到ASME B16.104 V I级(即气泡级)的要求。调节切断型调节阀通常采用软密封结构才能做到V I级泄漏量的要求。本文针对直行程调节阀中用量最多,多数厂家都在生产的单座调节阀的软密封结构设计的技术细节进行分析探讨。

2、结构分析

2.1、传统的单座调节阀软密封结构设计

　　20世纪80年代开始,随着我国改革开放政策的贯彻和落实,一些调节阀制造厂引进了国外著名调节阀厂商的技术和产品,使我国调节阀产品的品种和质量得到明显提高。其中具有代表性的是日本山武公司的Cv3000系列调节阀,如Cv3000系列中的HTS单座调节切断型调节阀(即软密封)的典型结构(图1) 。阀门的软密封环通过阀瓣头和螺钉镶嵌到阀瓣柄中,阀座通过螺纹连接拧紧在阀体上。

图1　传统单座调节阀软密封结构

　　当阀门处于关闭状态时,阀座的凸起表面嵌入到软密封环中(软密封环通常由聚四氟乙烯等弹性材料制成) ,该处的弹性材料变形包围住阀座凸起表面,由此确保可靠的密封效果,同时阀杆也不至于受到过大的推力。由此可见,阀门在关闭时仅仅用适当的力就可以确保密封,而弹性材料本身也能够持久地支承住这个关闭力。这一点对于开启长期处于关闭的阀门特别有意义。由于弹性材料表面不是发生永久性变形,所以能保证阀座和阀瓣多次重复启闭时的密封性。此外又因为嵌入弹性材料的阀瓣能够修正密封副在同心度方面的较小偏差,所以对于阀瓣和阀座的制造位置精度要求可以较低。

　　但是,这种形式的软密封结构也有一些弊端。首先是难于限定关闭力的大小,即使当阀瓣软密封环接触到阀座时,关闭动作也不能及时停止,因而使弹性材料容易出现永久性变形,尤其是当阀门长期处于关闭时,瓣软密封环长期受到过载压力而其出现永久变形,开启后再关闭时就容易失效。其次,在阀门开启过程中,由于阀瓣的节流作用,使得阀门在刚一打开的短时间内出现介质的高速流动,此时软密封环要承受很大的压力降,这将对软密封环表面产生冲蚀,造成其表面的迅速破坏。因此,该软密封结构通常被限制在压力降小于3MPa的场合下使用。

　　另外该结构在装配、拆卸和维修方面也有极大的缺陷。首先软密封环是通过阀瓣头和螺钉拧紧嵌入到阀瓣柄中,为了保证螺钉不松脱,在装配时通常要在螺钉上涂上合适的固化胶或者采用冲铆、点焊的方法固定螺钉,这就给再次拆卸更换软密封环时带来极大的不便。其次是阀座采用螺纹连接,需要专用工装才能够装配和拆卸,对于现场维修极为不便。