高温用バルブパッキンの研究と応用

高温用バルブパッキンの研究と応用 バルブの使用温度は高温ⅰグレード（PIグレードといいます）で425～550℃となります。 PIクラスバルブの主材質はASTMA351規格CF8の「高温グレードⅠ中炭素クロムニッケル希土類チタン質耐熱鋼」をベースとしています。 PI グレードは特定の用語であるため、ここには高温ステンレス鋼 (P) の概念が含まれます。 したがって、作動媒体が水または蒸気の場合は、高温鋼WC6(t≦540℃)またはWC9(t≦570℃)も使用できます。また、硫黄油では、高温鋼C5(ZG1Cr5Mo)も使用できますが、ここではPIグレードとは言えません。 高温バルブパッキンの研究と応用 バルブは現代産業において一般的な機械製品です。 流体伝達システムの主要な制御コンポーネントとして、遮断、調整、圧力調整、分流およびその他の機能により、主にボイラー、蒸気パイプライン、石油精製、化学工業、消防および冶金で使用されます。 現代の産業界では、バルブシールの信頼性に対する要求がますます高まっています。 シール性能はバルブ製品の品質を評価する重要な技術指標です。 高温用バルブとは使用温度が250℃以上のバルブを指します。 高温バルブのステムのフィラーシール技術は、長年にわたって解決されていない顕著な問題であり、バルブの信頼性を向上させる弱点の1つでもあります。 一般的な高温バルブステムのパッキンシールは一般に不十分または過剰なシールがあり、長期的にはバルブステムが漏れやすく、可燃性、爆発性、有毒物およびその他の危険物の漏洩は、プラントの停止や経済的損失だけでなく、環境汚染の原因にもなります。人的死傷事故さえも、デバイスに大きなリスクをもたらします。 まず、バルブパッキンシールの原理 バルブのシール性能はバルブの品質と性能を評価する重要な指標です。 現在では、構造が簡単で組立・交換が容易で低コストであることから、制御弁や一般のバルブステムや接触シール用のパッキンシールが多く使用されています。 バルブステムとパッキンの漏れは一般的な現象です。 パッキングがシールの役割を果たすことができる理由、その原理には現在、2つの主なシールビューがあり、それぞれベアリング効果と迷路効果があります。 パッキンベアリング効果とは、フィラーとステムの間のパッキン、スクイーズパッキン、および外部潤滑剤の影響下で、ステムの接触領域の張力により液膜の層を形成し、パッキンとステムの形状を同様にすることを指します。滑り軸受の場合、パッキンとバルブステムのモーメントはシール状態で同時に液膜が存在するため、過度の摩擦や摩耗によってパッキンとステムの関係が崩れることはありません。 ラビリンスパッキン効果とは、ステムの滑らかさの程度がミクロレベルに達することができず、パッキンとバルブステムが部分的にのみ結合し、完全に嵌合していないこと、パッキンとバルブステムの間に常に非常に小さな隙間が存在することを指します。パッキンアセンブリ間の切り込みの非対称性により、これらのギャップは一緒に迷路を形成し、その中で複数の絞り、ステップダウン、およびシールの役割に達します。 ラビリンス効果とは、バルブステムパッキンシールの表面レベルがミクロレベルに達することができず、ステムとパッキン間の小さな隙間が客観的に存在するものであり、この側面からパッキン設計を継続する場合、効果が得られないことがよくあります。非常に理想的ですが、これがスペース漏れや電力漏れの基本的な状態を引き起こします。 パッキンとステムを介したシール媒体の漏れ機構には、腐食隙間漏れ機構、多孔質漏れ機構、動力漏れ機構など、さまざまな形式があります。本論文では、高温条件下でのバルブパッキンシール構造の改善設計は、上記のさまざまな機構に基づいています。漏洩メカニズムを解明し、実際的な改善計画を提案します。 二、現在の一般的なパッキンの種類と用途 1、テフロンパンルート ポリテトラフルオロエチレンパンルートは、純粋なポリテトラフルオロエチレン分散樹脂を原料として作られ、最初に原料フィルムから作られ、次に撚りを通して、強力なパンルートに織り込まれます。 他の添加物を含まないこの種類のディスクルートは、食品、医薬品、製紙用化学繊維およびその他の高清浄度要件に使用でき、バルブやポンプに強い腐食性媒体が付着します。 適用範囲：使用温度260℃以下、使用圧力20MPa以下、pH値：0～14。 2、拡張グラファイト ディスク ルート 拡張グラファイト ディスク ルートは、心臓に編まれた柔軟なグラファイト ワイヤーを使用した柔軟なグラファイト ディスク ルートとしても知られています。 膨張黒鉛ディスクルートは、良好な自己潤滑性と熱伝導性、小さな摩擦係数、強力な汎用性、優れた柔らかさ、高強度、およびシャフトとロッドの保護効果という利点を備えています。 適用範囲：使用温度600℃以下、使用圧力20MPa以下、pH値：0～14。 3. 強化黒鉛コイルルート 強化黒鉛コイルは、ガラス繊維、銅線、ステンレス鋼線、ニッケル線、苛性ニッケル合金線などの材料を純粋な膨張黒鉛線で強化して編まれています。 膨張黒鉛の特性と、強い汎用性、優れた柔らかさ、高強度を備えています。 一般的な編組ルートと組み合わせることで、高温高圧シールの問題を解決する効果的なシール要素の1つです。 適用範囲：使用温度550℃以下、使用圧力32MPa以下、pH値：0～14。 ディスクルートは、非常に優れたシール材である膨張黒鉛ディスクルートの強化版です。 上記は、パッキング ディスク ルートの一般的なタイプをいくつかリストしたものです。 実際の生産プロセスでは、特殊な作業条件用に開発された他の種類のパッキンディスクルートが使用されます。 例えば、アラミド繊維コイルルートの優れた耐薬品性。 高負荷回転軸アリロンカーボンファイバー混合コイルルートなどに適していますが、紙面の都合上、詳細な紹介はしておりません。 三、一般的なバルブパッキンの構造と選択 一般的なステムパッキンシール構造は、主にプレッシャープレート、グランド、スペーサー、パッキンで構成されています。 良好なシール効果を達成するために、パッキンは一般に緻密な構造、良好な化学的安定性、低い摩擦係数を有することが要求されます。 一般に、温度は200℃未満であり、フィラーにはポリテトラフルオロンディスクルートがよく選択されます。これは、高潤滑性、非粘性、電気絶縁性、良好な耐老化性の特性を持ち、石油、化学、製薬などの分野で使用されます。田畑。 グラファイトディスクルートは、200～450℃の温度範囲での耐高温性、自己潤滑性、低摩擦係数を理由に選択されます。グラファイトディスクはさまざまな分類の用途に応じて開発されており、実際の用途では、フィラーは用途に応じて選択できます。 250℃などの適切なタイプのグラファイトディスクの実際の作業条件、低圧条件では膨張グラファイトディスクを選択でき、中圧および高圧条件では強化グラファイトディスク、または両方の組み合わせを選択できます。 四、高温バルブパッキン構造の漏れ解析グラファイトディスクルートシール構造の選択などの高温条件下では、漏れが発生しやすくなります。 その理由は次のとおりです。グラファイトディスクルートはパッキン箱に詰められており、パッキングランドの締結ボルトを締め付けることによりパッキンに軸方向の圧力がかかります。 パッキンはある程度の塑性を持ち、ラジアル圧力後の軸方向圧力と微小な変形により内穴とステムは密着しますが、この嵌合は上下で均一ではありません。 パッキン圧力とパッキンシール力の分布によると、パッキン箱内の上部パッキンと下部パッキンの圧力が均一ではないことがわかります。 パッキンの 2 つの部分の塑性変形は直接的には一定ではなく、パッキンとバルブステムの間のシールが過剰または不十分になりやすいです。 同時に、グランド付近の径方向の圧縮力が大きい場合、パッキンとバルブステムとの間の摩擦が大きくなり、ここでバルブステムとパッキンが摩耗しやすくなります。 高温の場合、温度が高くなるほどグラファイトディスクルートの膨張が大きくなり、摩擦も増加し、高温による熱放散が間に合わず、ステムとパッキンの摩耗速度が加速します。これが主な原因でもあります。バルブパッキンの高温漏れの原因。 五、高温バルブパッキン構造の改善設計 高温条件下でのバルブパッキンは特に漏れが発生しやすく、高温パッキンは一般に膨張黒鉛ディスクをベースとしています。 膨張黒鉛パッキンの自己潤滑性と膨潤性は良好で、反発係数は高いですが、壊れやすく、せん断抵抗が低いという欠点があり、パッキングランドによる黒鉛パッキンの膨張を防ぐために、通常パッキンボックスの中央部分に取り付けられます。底部の圧力パッドの押し出しによる損傷。 強化グラファイトディスクルートは、ニッケル線が含まれており、強度があり、押し出しに強いため、上下に取り付けることができます。 膨張黒鉛と強化黒鉛ディスクの組み合わせにより、高温でのパッキン漏れの一部が解決されます。 しかし、バルブアクションの使用頻度が高く、グラファイトディスク根元の磨耗率が比較的高く、スタッフィングボックスの締結ボルトを締める必要がある後、手作業や検査に一定の時間がかかるため、大きな問題が発生しました。 上記問題の考察に基づいて、私たちは国内外の文献と近年蓄積された経験を組み合わせて、特に高温と低圧、および高温と高圧のさまざまな使用条件に対応する補償バルブパッキン構造を開発しました。ターゲットを絞った異なる高温パッキン構造を開発し、高温で漏れやすい条件下でのバルブを解決します。 特殊補償リングスプリングと複合グラファイトディスクルートを組み合わせた高温低圧タイプです。 使用圧力が高くないため、パッキンスリーブはキャンセルされます。 スタッフィングボックスの底部には特殊な補正リングスプリングが追加されています。 取り付けの際は一定の予圧をかけてボルトを締める必要があります。 グラファイトパッキンとステムに摩擦摩耗が見られる場合でも、リングスプリングが直ちに対応する補償調整を行い、バルブの漏れを確実にします。 高温高圧タイプ、これは高度なパッキンシステムの一種で、皿ばねと鋳物ばねの外部二重補償構造を採用し、高温無効ばねの利点を回避でき、この種の条件、特に高温高圧下での使用を可能にします。ある領域で補償ポイントに障害が発生した場合でも、別のグループの補償は依然として有効であり、どちらも非干渉で単一の補償であると同時に、梱包作業にも有効です。 また、皿ばねシールは過酷な屋外条件での使用を容易にし、2 つの補償点の外部構造によりスタッフィング ボックス全体を取り外さなくても交換が容易になり、効率と操作性が向上します。 長期にわたるユーザー追跡の後、このタイプのパッキン構造による高温高圧ステムシールの漏れ防止効果は明ら​​かで、耐用年数が長いことがわかります。