隨著閥門廣泛使用各種工況,閥門正朝著標準化、差異化、高性能化的方向發展,但是更加復雜的使用工況對閥門的設計制造都提出了更高的要求,作為工業產品的物質基礎,閥門密封材料的研發工作首當其沖。
閥門密封材料研發首先是針對當前密封面材料性能不足的局限性進行的,例如在臨界或超臨界參數的蒸汽閥門一般采用堆焊處理,現有堆焊材料普遍采用鈷基合金,因為其具有良好的高溫性能、抗擦傷、抗熱腐蝕和抗熱疲勞性能,但是鈷基合金價格昂貴,而且鈷基合金磨損和腐蝕碎片中的 Co - 59 受激發將形成 Co - 60 同位素,造成核燃料屏蔽的難度和檢修時間的增加。
魏宏璞等[1]在分析現有堆焊材料,設計了一種可用于閥門密封面的無鈷鐵基合金粉末,其組成如表1所示。并且利用激光熔覆技術在核電閥門密封面堆焊上的優勢,將無鈷鐵基合金粉末,用激光熔覆工藝在不銹鋼基體上激光熔覆,試驗驗證表明了在不銹鋼基體上激光熔覆鐵基合金粉末熔覆層顯微硬度比不銹鋼基體提高了 2 倍,其熔覆層組織形貌如圖( 1) 所示。
對于含顆粒的介質流,氣動截止閥密封環需要滿足顆粒頻繁撞擊鋼制閥座的苛刻工況。氣動截止閥密封環的密封面材料一般采用 PTFE、PPL、PEEK等材料,但由于對密封環材料性能的嚴格要求,PTFE 及其改性材料在很短的時間內就會失效,PPL 的使用壽命稍有延長,即使使用單價較高的 PEEK 也存在硬度匹配困難、制作工藝復雜等問題,密封效果難以保證。
武鑫等[2] 采用基于采用工程塑料改性技術的共聚或填充改性方式制取了一種名為 PA 的新型高分子材料,用作程控氣動截止閥密封件。經實際使用考核,可以滿足輸送含顆粒介質流工況,使用壽命不小于 100 萬次。同時價格明顯低于 PTEE, PPL PEEK。
張逸芳等[3] 采用有限元軟件分析了聚四氟乙烯球閥的閥座強度和密封面變形情況。其結果表明,在常溫條件下,球閥密封面的軸向變形量最小,受到擠壓力最大,其最大值為 11. 2 MPa。而聚四氟乙烯的擠壓強度為 19. 5 MPa,在介質壓力下只產生正常的密封變形。聚四氟乙烯閥座符合強度要求和密封變形限制。
針對高溫高壓的特殊工況條件,楊文光等[4]系統的分析了密封材料性能指標的需求,提出了 3 種基于新材料及復合材料的材料配方,形成 KT 系列材料。研發的 KT材料可滿足在-200~320℃,公稱直徑從6~1250mm,壓力在150~3500LB 的各種閥門密封要求。
參考文獻:
[1] 魏宏璞,石世宏. 核電閥門密封面無鈷鐵基合金粉末激光熔覆[J]. 蘇州大學學報(工科版),2010,30(4):1-4.
[2] 武鑫,趙高暉,王國欽,等.氣動截止閥密封材料探討[J]. 機械設計與研究,2013,29(6):83-85.
[3] 張逸芳,吳斌,王建新,等.球閥密封特性研究[J]. 閥門,2015(5):14-17.
[4] 楊文光,楊勇.新材料在高溫高壓閥門密封中的應用[J]. 江蘇科技信息,2013(9):57-57.
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