截止阀上密封可靠性的试验研究

1、阀门2007年第6期12文章编号:100225855(2007)0620012203截止阀上密封可靠性的试验研究于巍,吴利坤(沈阳阀门研究所,辽宁沈阳110142)摘要论述了如何在确保简单、合理、程,对提高阀门上密封寿命进行了试验分析,关键词截止阀;上密封;寿命;试验中图分类号:TH134文献标识码:AofglobevalvebackseatYUWei,WULi2kun(ShenyangValveResearchInstitute,Shenyang110142,China)Abstract:Discoursesupontheresearchprocessesofhowtosolvesealin

2、glifeofbackseatforglobevalvebythepremisethatsimple,reasonable,applicableandreliablepracticeareensured;conductsexperimentanalysesonimprovingbackseatlifeandproposesoptimalsolvingmethods.Keywords:globevalve;backseat;life;experiment1概述截止阀是目前大量使用的截止类阀门之一。为了保证截止阀的性能可靠,标准中规定产品出厂前必须经过强度、密封和上密封检验。然而,阀杆螺母固定式截

3、止阀的上密封却在使用中出现因密封副擦伤而引起上密封泄漏的质量问题,极大地影响了该类截止阀的质量可靠性和用户的使用。2结构分析在主体材料为碳钢的J41H系列截止阀中,阀杆螺母固定式结构是最基本而使用又最广泛的型式之一(图1)。国内外较先进的标准对内件中的上密封均做出了规定。截止阀结构简单,可通过阀杆既旋转又升降的原理,达到阀门的开启或截断,并确保阀门的密封和上密封功能。由于该结构特殊的运动原理,也造成对阀门上密封副间受力极为不利的后果(形成既有密封副间必须的垂直压力,又有密封副间相对滑移的摩擦)。实践证明,阀门的上密封往往只启闭几次,就因为密封副间的擦伤而引起泄漏。擦伤轻微的需拆开修复,擦伤严重

4、的均因损坏而报废,这样的后果不但增加了企业的制造成本,而且影响阀门的性能。为解决此类问题对阀门上密封的结构和材料做了试验和改进。图1J41H系列截止阀3改进将阀杆的上密封部位移动到阀瓣上(目的是在受力过程中,使阀瓣上的上密封面相对阀盖上的上密封面处于静止无滑移状态)。此改进虽然可提高上密封的寿命,但由于要增加一道阀瓣盖与阀瓣间的密封使得结构较复杂,性价比较低。作者简介:于巍(1971-),男,辽宁沈阳人,工程师,从事阀门产品设计工作。© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights r

5、eserved. 2007年第6期阀门13将截止阀阀瓣部分拆除。按试验需要,更换相应的阀杆和上密封座。试验前,对所有配对的密封副零件均编号,并测出其相应硬度值(不少于3点),并作记录。试验前,所有上密封副的密封面均要经液体渗透探伤检验合格。试验时,松开填料压盖,并浸入水中(30mm左右)的空气作试验介质。,采用一人双手直接旋转手轮进。每启闭一次,按规定用秒表控制持续保压时间(60s),然后观察,以上密封处无气泡泄漏,为合格一次。否则终止试验,并计算累计合格次数。然后对阀门解体,观察其破坏型式,分析原因。413试验结果(1)结果分析首先对原始状态下的阀门上密封进行启闭试验。通过观察其破坏形式和启

6、闭次数,进行分析,并以此作为下步工作的对比基准(表2)。启闭次数555表1截止阀内件标准规定标准GB/T12235BS1873材料1Cr13,2Cr1313Cr最小硬度/HB阀杆200200上密封座250250改变上密封副材料。在阀杆密封锥面上堆焊抗擦伤性能好的司太立硬质合金,此方法虽然取得了较好的效果,但一方面因为司太立合金成本太高,另一方面由于阀杆基本材料为13Cr马氏体不锈钢,可焊性差,堆焊时须焊前预热,焊后保温和焊接工艺复杂。另外,要增加粗加工工序。综合分析,方案其性价比也不好,进行了试验研究。4试验411试验产品选择J41H-16C-DN100阀门,阀盖上密封采用可拆螺纹连接的上密封

7、座,阀杆与上密封座材质均为1Cr13,调质处理。412试验方法阀杆编号123001002003表2初始试验结果序号上密封座编号001002003试验参数压力/MPa117611761176破坏型式阀杆完好,上密封座局部擦伤阀杆与上密封座均局部擦伤阀杆完好,上密封座局部擦伤平均启闭次数5硬度/HB203206205硬度/HB260263256时间/s606060破坏形式通过对3次阀门上密封试验失效后的观察,上密封副损坏时,上密封座的密封面首先局部塑变擦伤。随着启闭次数的增加,上密封座密封面塑变擦伤程度扩大,导致阀杆塑变擦伤,密封副失效。失效原因上密封副的擦伤失效是一个从微观向宏观过渡的破坏过程。

8、对于内件为1Cr13的不锈钢,其优点是调质处理后即有足够的强度,又有一定的韧性,适于作为阀门受力杆件。但缺点是当它作为密封副使用时,其耐擦性,抗塑变趋势差。对用于阀杆螺母为固定式的截止阀上密封副,阀杆是主动件,而上密封座为静态被动件。当密封副受力接触时,局部的微观不平度首先产生塑变擦伤,在接续下来的相对运动中,对已破损的擦伤点,阀杆锥面由于相对位移较长,并且上密封座的硬度高于阀杆硬度(硬度差50HB),则阀杆锥面上的破损处得到不断强化修复。相反,对于上密封座,其破损点被阀杆未破损面连续挤擦而逐渐扩大。密封副间的硬度差过低,也是导致密封副间的塑变和擦伤的另一主要外因。(2)改进方案根据试验结果及

9、其破坏型式的分析,提高密封面间的硬度差,或在密封部位堆焊耐擦伤的硬质合金材料,是比较有效的解决方法。根据企业生产的具体情况,决定采用增大上密封座的硬度,提高阀杆锥面处硬度,改变密封副材料以及在密封面上堆焊硬质合金等不同组合配对,进行不同的对比试验,以便寻找出最佳组合方案(由于堆焊司太立硬质合金成本高,除非特殊情况,一般不予采用为好,因此本研究未列入此方案)。具体配对和试验结果见表3。© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 阀门2007年第6期14表3改进方

10、案试验结果方案编号A方案内容阀杆材料改为2Cr13,调质处理,上密封座不变阀杆材料不变,提高上密封座硬度零件序号123123阀杆编号硬度/HB004005006007008009010011012014015255251248259246261266256251372上密封座编号硬度/HB004005006007008009010011015260258257310301305371137153713256260试验参数压力/MPa117611761176117611761176111117611761176启闭次数664971089979289破坏型式阀杆完好,上密封座局部擦伤阀杆与上密封座

11、均局部擦伤阀杆完好,上密封座局部擦伤,上密封座局部擦伤,上密封座局部擦伤阀杆密封面压出塑痕,上密封座局部擦伤阀杆完好,上密封座局部擦伤阀杆与上密封座均局部擦伤阀杆与上密封座均局部擦伤平均启闭次数513时间/s606060606060606060B817C阀杆材料不变,上1密封座堆焊D507Mo2913D阀杆材料为1Cr13,1高淬火处理,座不变9217注:当判定上密封泄漏后,。但很快导致阀杆和上密封座塑变擦伤加剧,密封副间彻底破坏而报废。经上述配对组合,对比试验后分析发现,方案A、B和C耐擦伤及抗塑变趋势效果均不明显。而方案D由于增大了阀杆锥面硬度,并且密封副间的硬度差加大,对提高上密封寿命效

12、果显著。与此同时,也弥补了因为阀杆密封锥面相对较宽在受力状态下容易产生塑变压痕不足。试验结果证明,方案D配对是合理的。(3)选用方案经过对改进方案中各种配对组合试验结果的分析。决定结合企业的现状和产品的特点,将提高阀杆锥面硬度的方案作为研究的重点。阀杆硬度/HB芯部123225229233阀杆整体仍按标准规定先进行调质处理(目的是确保阀杆必须的强度和韧性)精加工采用高频热处理对锥面进行局部强化处理(可能情况下,尽量保证较高的硬度)局部抛光处理,此方法简单易行,增加的成本不高。上密封座也按标准规定调质处理(保持符合规定的硬度不变)精加工,此措施具有较好的零件通用性(闸阀,截止阀均可用)。为了充分

13、验证此方案的准确性,小批生产20台产品。经随机抽取3台阀门进行试验。其试验结果见表4。启闭次数150150150表4选用方案试验结果序号上密封座硬度/HB258254257试验参数压力/MPa117611761176破坏型式阀杆与上密封座接合处光亮,无擦伤阀杆与上密封座接合处光亮,无擦伤阀杆与上密封座接合处光亮,无擦伤平均启闭次数150锥面425411415时间/s606060注:20台阀门的阀杆为同一锻造批次,同一热处理炉次。调质后硬度实测值为220240HB。20台阀门的上密封座为同一棒材批次,同一热处理炉次。调质后硬度实测值为250280HB。阀杆锥面高频热处理后,对每根阀杆均进行硬度检测。其硬度实测值为400440HB。对试验的3台阀门,分别启闭150次后,拆开检查一切正常。4结语通过对提高截止阀上密封寿命的试验,最后选定的试验方案初步达到了预期的效果。实践证明,提高阀杆锥面硬度是提高截止阀上密封寿命的可行办法