Als eine der Hauptkomponenten von Ventilen und Druckleitungen, Druckauflösern, Kesseln und anderen Geräten werden Kugelhähne zum Steuern des Durchflusses oder Absperrens von Medien verwendet. Sie werden häufig in verschiedenen Branchen wie LNG, Strom, Leichtindustrie, Bauwesen, Metallurgie usw. eingesetzt. Als kostengünstiger Gummi-O-Ring (im Folgenden als O-Ring bezeichnet) kann in verschiedene Ventile eingebaut werden, um einen Dichtungsschutz unter statischen oder dynamischen Bedingungen unter bestimmten Temperaturen, Drücken und verschiedenen flüssigen und gasförmigen Medien zu bieten. Wenn sich der Kugelhahn in geschlossener Stellung befindet, müssen die festgelegten Dichtheitsanforderungen (oder Leckageanforderungen) erfüllt werden. Bei der Konstruktion wird der O-Ring als Dichtelement ausgewählt, das Leckagen erfolgreich verhindern und eine vollständige Dichtwirkung erzielen kann. Insbesondere wenn sich der Ventilschaft während des Öffnungs- und Schließvorgangs des Kugelventils dreht, ist die Bewegungsreibung des O-Rings sehr gering, und der O-Ring wird als Dichtungselement ausgewählt, um eine Nullleckage zu erreichen. Daher ist der O-Ring eines der am häufigsten verwendeten Dichtelemente mit der besten Dichtwirkung in Kugelhähnen.

1. Anwendungsbereich

Der Kugelhahn ist eine Art Ventil, das unter verschiedenen Arbeitsbedingungen durch eine manuelle Antriebsvorrichtung, eine pneumatische Antriebsvorrichtung oder eine elektrische Antriebsvorrichtung geöffnet und geschlossen werden kann. Bei der Herstellung von Kugelhähnen ist der O-Ring ein Dichtungselement, das für verschiedene Dichtungsformen geeignet ist. Seine dynamische Abdichtung und statische Abdichtung spielen eine wichtige Rolle bei der Dichtleistung verschiedener Kugelhähne. Nehmen Sie als Beispiel den zweiteiligen Kugelhahn, wie in Abbildung 1 dargestellt. Der O-Ring an der Stirnseite und im Ventilschaft kann das Austreten verschiedener Medien wirksam verhindern und den normalen Betrieb des Ventilsystems sicherstellen. Bei beidseitigem Einbau des O-Rings gehört dieser zur statischen Dichtwirkung. Wenn der O-Ring am mittleren Loch des Ventilkörpers und am Ventilschaft installiert ist, gehört er zur dynamischen Dichtwirkung.

(1) Statische Dichtung

Der O-Ring gehört zur Extrusionsdichtung. Die Grundeigenschaft des Extrusionsdichtungsaufbaus hängt von der elastischen Verformung der Dichtung und dem Anpressdruck auf die dichtende Kontaktfläche ab. Wenn der Anpressdruck größer ist als der Innendruck des abzudichtenden Mediums, spielt er eine abdichtende Rolle und führt im Gegenteil zu Leckagen. Die linken und rechten Endkörper des zweiteiligen Kugelventils stehen in Metall-auf-Metall-Kontakt und gehören zu einer statischen Dichtungsstruktur. Um den Dichtflächenspalt zwischen ihnen zu verringern oder zu eliminieren, wird der O-Ring als Dichtelement konstruktiv gewählt. Wenn der Mediumsdruck klein ist, befindet es sich in einem statischen Zustand und die erforderliche Dichtkraft ist sehr klein. Zu diesem Zeitpunkt können der linke und der rechte Endkörper durch die Vorspannkraft während des Zusammenbaus und die elastische Kraft des O-Rings abgedichtet werden; Steigt der Mediumsdruck weiter an, erhöht sich auch der dichtungsspezifische Druck und der O-Ring dehnt sich schlagartig aus. Zu diesem Zeitpunkt verhindert der O-Ring effektiv die Leckstelle zwischen den Lücken an beiden Enden und stellt so die Dichtleistung des Kugelventils sicher.

Wenn das Kugelventil geöffnet und geschlossen wird, dreht sich der Ventilschaft unabhängig vom Fahrmodus. Um zu verhindern, dass das Medium durch den mittleren Lochspalt austritt, wird eine Nut am Ventilschaft eingehakt und in den O-Ring eingelassen. Obwohl sich der Ventilschaft um 90 ° hin und her dreht, wirken sie aufgrund der geringen Reibung und der guten Selbstschmierung des O-Rings zusammen, um eine gute Dichtwirkung zu erzielen. Um sicherzustellen, dass der Ventilsitz und der Ventilkern eine gute Dichtleistung bilden, wird auch eine Nut in den Ventilsitz eingearbeitet und der O-Ring darin installiert. Wenn der Druck des Mediums im Ventilhohlraum ansteigt, bewegt sich der Ventilsitz unter dem Druck der Federkraft in Richtung des Ventilkerns. Unter Einwirkung der hohen elastischen Leistung des O-Rings, die Dichtheit des inneren Hohlraums der Rohrleitung gewährleistet ist. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der O-Ring die dynamische Dichtwirkung in der Rohrleitung. Bei den ersten beiden Bauformen gehört der O-Ring zur dynamischen Dichtstruktur.

(3) Leckagefreie Dichtung

Die Dichtungsstruktur des Kugelhahns ist in zwei Strukturtypen unterteilt: Metalldichtung und Weichdichtung. Verglichen mit der weichen Dichtungsstruktur ist die Leckagerate der metallischen Dichtungsstruktur höher. Gemäß dem Leckageniveau des API-Ventils sollte das Leckageniveau der Metalldichtungsstruktur VI (entspricht Nullleckage) erreichen und die Temperatur sollte weniger als 200 ℃ betragen. Zu diesem Zeitpunkt wird der O-Ring als Dichtungselement sowohl für statische als auch für dynamisch dichtende Kugelhähne ausgewählt. Alle Konstruktionsparameter werden vollständig erfüllt. Um zu verhindern, dass das Gasmedium durch verschiedene Kanäle austritt und eine Entflammbarkeit und Explosion verursacht, sind beim Gaskugelhahn an jeder Leckstelle O-Ringe eingebettet, die das Auslaufen des Ventilkörpers wirksam verhindern können. Der Abstandswert beträgt weniger als 0,001 μm.

2. Materialauswahl

Es gibt viele Arten von O-Ring-Materialien, einschließlich Fluorkautschuk (FKM), Nitrilkautschuk (NBR) und Silikonkautschuk (VMQ), Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPDM), Naturkautschuk (NR), HNBR, FFKM usw. Die üblicherweise verwendeten O-Ring-Werkstoffe in Kugelhähnen sind im Allgemeinen Fluorkautschuk, Nitrilkautschuk und Silikonkautschuk. Für Kugelhähne, die hohe Temperaturen erfordern, wie z. B. Kugelhähne über 200 ℃, wird empfohlen, andere Arten von Dichtungselementen auszuwählen. Das im Kugelhahn verwendete O-Ring-Material hängt nicht nur von Temperatur, Medium und Druck ab, sondern wird auch von den Betriebsbedingungen, der Umgebung und verschiedenen umfassenden Faktoren beeinflusst.

(1) Temperatur

Die Temperatur ist einer der Hauptfaktoren, die den Einsatzbereich von O-Ringen beeinflussen. Bei der Konstruktion von Kugelhähnen beträgt die anwendbare Temperatur der ausgewählten O-Ringe im Allgemeinen -29 ~ 180 ℃. Für Kugelhähne unter Hochtemperatur- oder Tieftemperaturbedingungen müssen spezielle Kunststoffe als Dichtungen ausgewählt werden, um die Anforderungen an die Dichtleistung zu erfüllen.

In gängigen Gummimaterialien weist FKM eine hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit auf. Der Arbeitstemperaturbereich von gewöhnlichem FKM beträgt - 25 ~ 240 ℃, während die spezielle Marke von FFKM der konstanten Temperatur von 300 ℃ oder der sofortigen hohen Temperatur von 340 ℃ ohne Aushärtung und Ausdehnungsfehler standhalten kann. Daher kann für Kugelhähne, die bei hohen Temperaturen unter anderen Arbeitsbedingungen eingesetzt werden, FFKM angemessen in Betracht gezogen werden.

Gummi versprödet und verliert die Dichtwirkung, wenn es unter niedrigen Temperaturbedingungen verwendet wird. Daher werden Kugelhähne für niedrige Temperaturen im Allgemeinen nicht empfohlen. Silikon ist eines der tieftemperaturbeständigsten Materialien in Gummimaterialien. Obwohl es - 100 ℃ erreichen kann, hat es eine geringe Zugfestigkeit und eine schlechte Verschleißfestigkeit. Im Allgemeinen kann es nicht für rotierende dynamische Dichtungsteile verwendet werden. Daher sind Kugelhähne unter Tieftemperaturbedingungen nicht zur Auswahl geeignet. Entsprechend den relevanten Daten beträgt die Betriebstemperatur von Silikonkautschuk - 60-220 ℃, was die chemische Beständigkeit und die mechanischen Eigenschaften auf der Grundlage der Aufrechterhaltung der Temperaturbeständigkeit von Silikonkautschuk verbessert.

(2) Mittel

Als eines der fünf Hauptventile sind Kugelhähne in verschiedenen Maschinenbauindustrien anwendbar. Für unterschiedliche Medien ist es sehr wichtig, geeignete Gummimaterialien und O-Ringe mit geeigneten Materialien auszuwählen. Beispielsweise haben FKM-O-Ringe Flammwidrigkeit, gute Luftdichtheit, Ozonbeständigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Silikon-O-Ring ist besser geeignet für Kugelhähne mit Staub- und Partikelmedien. Der Nitril-O-Ring hat eine gute Abdichtung und Stoßdämpfung in Öl, Säure, Alkali, Abrieb, chemischem Eindringen und anderen Umgebungen. Daher können für andere chemische Mischmedien wie saure Medien, Öl, Wasser, Gas, oxidierende und reduzierende Medien geeignete O-Ringe im Kugelhahn ausgewählt werden.

(3) Druck

Nach dem chemischen Prinzip des O-Rings; Die Härte des O-Rings beträgt im Allgemeinen Shore 50-90. Wenn die Druckleitung des Ventils niedrig ist, sollte aus Kostengründen und zum Schutz der Umwelt der O-Ring mit der Härte Shore 50-70 bevorzugt werden. Wenn die Druckleitung des Ventils hoch ist, sollte aus Sicherheitsgründen ein O-Ring mit einer Shore-Härte von 70-90 empfohlen werden. Wenn der Rohrleitungsdruck größer oder gleich 150 LB oder 1,0 MPa ist, sollte der O-Ring in die Metallnut eingebettet werden, um zu verhindern, dass der O-Ring bei der Druckänderung gequetscht und verformt wird. Außerdem wird der O-Ring unter hohem Druck leicht beschädigt. Das heißt, unter Einwirkung von Hochdruck dringen Hochdruckgasmoleküle für lange Zeit in den O-Ring ein. Wenn der Außendruck des O-Rings augenblicklich abnimmt, Die internen Hochdruckgasmoleküle können leicht schnell diffundieren und den O-Ring brechen. Zum Beispiel der abdichtende O-Ring am Ventilsitz. Wenn das Kugelventil gedreht und geöffnet wird, wird der Innendruck des Ventilhohlraums das Medium freisetzen und ein großes Geräusch erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt wird festgestellt, dass der O-Ring gebrochen ist, was darauf hinweist, dass die Dichtleistung des Kugelventils versagt hat. Es ist ersichtlich, dass in diesem Fall empfohlen wird, einen O-Ring mit hoher Dichtleistung für die Ventilsitzabdichtung zu verwenden oder die O-Ring-Dichtung rechtzeitig auszutauschen, um den normalen Betrieb des Ventilrohrs sicherzustellen. Zu diesem Zeitpunkt wird festgestellt, dass der O-Ring gebrochen ist, was darauf hinweist, dass die Dichtleistung des Kugelventils versagt hat. Es ist ersichtlich, dass in diesem Fall empfohlen wird, einen O-Ring mit hoher Dichtleistung für die Ventilsitzabdichtung zu verwenden oder die O-Ring-Dichtung rechtzeitig auszutauschen, um den normalen Betrieb des Ventilrohrs sicherzustellen. Zu diesem Zeitpunkt wird festgestellt, dass der O-Ring gebrochen ist, was darauf hinweist, dass die Dichtleistung des Kugelventils versagt hat. Es ist ersichtlich, dass in diesem Fall empfohlen wird, einen O-Ring mit hoher Dichtleistung für die Ventilsitzabdichtung zu verwenden oder die O-Ring-Dichtung rechtzeitig auszutauschen, um den normalen Betrieb des Ventilrohrs sicherzustellen.

3. Fehleranalyse und Behandlungsmethoden

Durch Langzeitgebrauch und Testpraxis gibt es drei umfassende Faktoren, die zum Versagen des O-Rings führen.

(1) Inkompatibel mit Medien

Bei der Produktkonstruktion des täglichen Kugelhahns ist der ausgewählte O-Ring nicht mit dem Kanalmedium kompatibel, was zu Korrosion, Quellverformung und Bruch führen kann. Solche Probleme werden die Qualität von Kugelhahnprodukten ernsthaft beeinträchtigen. Beispielsweise muss für Medien mit hoher Säure-Base-Konzentration wie Salpetersäure, Schwefelsäure und Natriumchlorid der Einsatz eines O-Rings bei der Konstruktion des Kugelhahns sorgfältig überlegt werden.

(2) Ermüdungsbruch

Im dreiteiligen feuerfesten Gaskugelhahn, der in der Gasventilleitung verwendet wird. Wenn der Druck des Kugelventils 4,0 MPa beträgt und der tatsächliche Druck unter Betriebsbedingungen 6,3 MPa beträgt, wird festgestellt, dass die O-Ring-Dichtung am Stützring versagt, wenn das Kugelventil in der Druckleitung installiert und für a betrieben wird Zeitspanne. Da nach der Analyse der tatsächliche Arbeitsdruckbereich größer ist als der Schwankungsbereich des Rohrleitungssystems und der Druck zwischen ihnen sehr eng ist, ist die Öffnungs- und Schließfrequenz hoch, was zu einer hin- und hergehenden Kontraktion des O-Rings und des O-Rings führt Erreichen der angegebenen Lebensdauer. Es führt zum Ermüdungsbruch der O-Ringe. Um den normalen Betrieb des Rohrleitungssystems sicherzustellen,

(3) Dauerhaftes Verformungsversagen

Unter allen in Kugelhähnen verwendeten Dichtungsmaterialien hat der Gummi-O-Ring eine relativ geringere Härte als Polytetrafluorethylen (PTFE) und flexibles Graphit, aber seine Elastizität ist höher als die der beiden ersteren. Wenn es auf Hochtemperatur- und Hochdruckventilrohre aufgetragen wird, wird der Gummi durch Hitze und Druck verformt, und es kommt leicht zu dauerhaften Verformungen und Versagen. Wird das Produkt Kugelhahn in der Niederdruck-Erdgasleitung eingesetzt, wird als Dichtelement der O-Ring mit 65 Shore Härte gewählt. Nachdem das Produkt eine bestimmte Zeit lang betrieben wurde, wird der O-Ring an der Ventilsitzdichtung herausgenommen und es wird festgestellt, dass seine Oberfläche glatt ist, aber sein Querschnitt sich ohne Nachgiebigkeit in eine quadratische Rillenform geändert hat bei schwerem Dichtungsversagen. In diesem Moment,

4. Fazit

Bei der Konstruktion und Entwicklung von Kugelhähnen muss bei der Auswahl von O-Ringen als Dichtelement der Einfluss unterschiedlicher Arbeitsbedingungen wie Temperatur, Medium und Druck sowie der Wechsel der Arbeitsumgebung auf die O-Ringe umfassend berücksichtigt werden. Zweitens dürfen Position, Aufbau, Einbau und Wartung der O-Ringe nicht außer Acht gelassen werden. Nur so kann die Lebensdauer von O-Ringen verlängert, die Standzeit von O-Ringen verbessert und der normale Betrieb von Kugelhahnprodukten in Druckleitungen sichergestellt werden.