平衡式双密封调节减压阀动静态密封

之前介绍SY42AX煤矿水管路减压阀应用案例，现在介绍平衡式双密封调节减压阀动静态密封减压阀作为液压系统中的重要元件，其主要作用是使系统的出口压力始终处在低于进口压力的水平，保持系统出口压力的稳定，且系统出口压力不受入口压力和流量波动的影响;但是减压阀一旦发生密封面泄漏，不仅影响生产的正常进行，还造成液压油的损失，交直流耐压测试仪污染环境;在船用液压系统中，减压阀作为主要控制元件，其密封的重要性是不可小视的。自动调节蒸汽减压阀在工矿企业中广泛被应用,它可以保证工矿企业使用蒸汽的压力保持在额定的范围内,满足各自对参数的需要,蒸汽减压阀大多由 DDZ—Ⅱ型电动调节装置控制,阀杆上下垂直移动,以控制阀芯位置,控制节流状态的大小,达到调整针对传统蒸汽调节减压阀存在的泄漏量大和安全可靠性差等问题,从产品结构、制造工艺、综合性能等方面进行了对比分析,提出了蒸汽调节减压阀改进设计的思路,即平衡式双密封结构,通过大量工况使用,证明此种蒸汽调节减压阀调节性能好,安全可靠.自力式减压阀是核电机组常用的压力调节设备之一,其可以根据下游压力控制阀门启闭来维持阀后压力,不需要外部动力.指挥器型自力式减压阀是一种带有先导执行器的减压阀,它更能地控制下游压力,能适用于高压差的场合.然而在运行过程中,这类减压阀的缺陷也层出不穷,其中发生为频繁的是调节性能下降的问题.本文以方家山机组核岛氮气供应系统的氮气减压阀为例,通过对指挥器型自力式减压阀结构、原理的剖析,结合现场故障模式,分析了导致该阀调节性能下降的种种原因,并针对性地提出阀门的改进措施,完成了阀门结构的技术改进,消除了阀门的疑难缺陷.自力式减压阀是一个新的减压阀种类。相对于手动减压阀，它的优点是能够在工况压力不稳定的前提下，实现压力自动调节，并且稳定压力；相对于电动调节阀，它的优点是不需要外部动力。应用实践证明，在闭式水循环系统（如蒸汽供热系统、空调冷冻水系统）中，正确使用这种阀门，可以很方便地实现系统的压力分配和调节；可以实现系统的动态平衡；具有动作灵敏，密封性好，压力设定点波动力小等优点，广泛应用于气体、液体及蒸汽介质减压稳压或泄压稳压的自动控制。
        上海申弘阀门有限公司主营阀门有：蒸汽减压阀,减压阀(气体减压阀,可调式减压阀自力式减压阀有单座（ZZYP）、双座（ZZYN）、套筒（ZZYM）三种结构；执行机构有薄膜式、活塞式、波纹管式三种；作用型式有减压用阀后压力调节（B型）和泄压用阀前压力调节（K型）。产品公称压力等级有PN16、40、64；阀体口径范围DN15～250；泄漏量等级有II级、IV级和VI级三档；流量特性为快开；压力分段调节从15～2500Kpa。自力式压力调节阀适用于天然气、氮气、空气、氧气（需禁油脱脂处理）等气体管道上减压稳压。可按需要组合满足用户工况要求。
　　1.减压阀静态密封故障问题的分析
　　经过和相关专家共同研究分析后发现，减压阀的连接套和阀体之间的密封主要是依靠连接套和阀体内壁之间的O型圈进行周向密封，该密封一旦实效，交直流耐压测试仪其外泄漏是不可避免的。
　　2.解决减压阀密封问题的措施
　　(1)提高减压阀密封表面质量。
　　(2)保证减压阀密封O形圈的压缩量。
　　(3)增加减压阀端面密封。
　　(4)降低减压阀O型圈和密封面之间的摩擦力。

❶平衡式双密封调节减压阀动静态密封动密封填料函形式
动密封
阀门的动密封，主要是指阀杆密封。不让阀内介质随阀杆运动而泄漏，是阀门动密封的中心课题。
目前，阀门动密封，以填料函为主。填料函的基本形式是：
(1)压盖式
这是用得多的形式。
同一形式又能许多细节区别。例如，从压紧螺栓来说，可分T形螺栓(用于压力≤16公斤/平方厘米的低压阀门)、双头螺栓和活节螺栓等。从压盖来说，可分整体式和组合式。
(2)压紧螺母式
这种形式，外形尺寸小，但压紧力受限制，只使用于小阀门。
填料函内，以填料与阀杆直接接触并充满填料函，阻止介质外漏。对填料有以下要求：
(1)密封性好;
(2)耐腐蚀;
(3)磨擦系数小;
(4)适应介质温度和压力。
❷动密封常用填料
(1)石棉盘根：石棉盘根，耐温和耐腐蚀性能都很好，但单独使用时，密封效果不佳，所以总是浸渍或附加其他材料。油浸石棉盘根：它的基本结构形式有两种，一种是扭制，另一种是编结。又可分圆形和方形。
(2)聚四氟乙烯编织盘根：将聚四氟乙烯细带编织为盘根，有*的耐腐蚀性能，又可用于深冷介质。
(3)橡胶O形圈：在低压状态下，密封效果良好。使用温度受限制，如天然橡胶只能用于60℃。
(4)塑料成型填料：一般做成三件式，也可做成其他形状。所用塑料以聚四氟乙烯为多，也有采用尼龙66和尼龙1010的。
此外，使用单位根据自己的需要，常常探索各种有效的填料形式。例如，在250℃蒸气阀门中，用石棉盘根和铅圈交替迭合，漏汽情况就会减轻;有的阀门，介质经常变换，如以石棉盘根和聚四氟乙烯生料带共同使用，密封效果便好些。为减轻对阀杆的磨擦，有的场合，可以加二硫化钼(M0S2)或其他润滑剂。
目前，对新颖填料，正进行着探索。例如用聚丙烯腈纤维经聚四氟乙烯乳液浸渍，又经预氧化后，在模具中烧结压制，可以得到密封性能优异的成型填料;又如用不锈钢薄片与石棉制成波形填料，可耐高温、高压与腐蚀。
❸平衡式双密封调节减压阀动静态密封 动密封波纹管密封
随着化学工业和原子能工业的迅速发展，易燃、易爆、剧毒和带放射性的物质增多，对阀门密封有了更严格的要求，有的场合已无法使用填料密封，因此产生了新的密封形式-波纹管密封。这种密封不需填料，所以也叫无填料密封。波纹管的两端，与别的零件焊死的。当阀杆升降时，波纹管伸缩，只要波纹管本身不漏，介质便无法泄出。为保险起见，往往采用波纹管与填料的双重密封。自力式压力调节阀ZZYP结构：

压闭型：用于阀后压力调节，当阀后压力升高，阀门关闭，以达到减压，稳压的目的。 
压开型：用于阀后压力调节，当阀后压力升高，阀门打开，以达到泄压，稳压的目的。 
 1、自力式减压阀压力设定点可在压力调节范围内现场调节；
2、阀体部分与执行机构采用模块化设计，可根据现场要求变化更改执行机构或弹簧，实现压力调节范围在一定范围内快速更换；
3、自力式减压阀一般采用波纹管作为压力平衡元件，阀前、后压力变化不影响阀芯的受力情况，大大加快阀门的响应速度，从而提高阀门的调节精度；
4、ZZYM自力式套筒减压阀采用了自平衡型双密封面阀芯作为节流件，介质应清洁无颗粒状杂质，适用于压降较大，阀门口径不大，泄漏量要求不高的场合；
5、ZZYN型自力式双座减压阀采用了自平衡型双密封面双座阀芯作为节流元件，适用于阀门口径较大的场合；
6、薄膜式执行机构采用增强橡胶膜片作为压力检测元件，刚度小,灵敏度高，反应迅速，调节精度高，适用于控制压力≤0.6MPa；
7、活塞式执行机构采用气缸活塞作为压力检测元件，适用于控制压力较高的场合，压力设定值≥0.6MPa；
8、波纹管执行机构采用波纹管作为压力检测元件，适用于高温、高压易燃等气体较恶劣工况的场合。

工作原理

1）自力式减压阀的工作原理。阀前压力P1经过阀芯、阀座的节流后，变为阀后压力P2。P2经过管线输入上膜室内作用在顶盘上，产生的作用力与弹簧的反作用力相平衡，决定了阀芯、阀座的相对位置，控制阀后压力。当P2增加时，P2作用在顶盘上的作用力也随之增加。此时，顶盘上的作用力大于弹簧的反作用力，使阀芯关向阀座的位置。这时，阀芯与阀座之间的流通面积减少，流阻变大，P2降低，直到顶盘上的作用力与弹簧反作用力相平衡为止，从而使P2降为设定值。同理，当P2降低时。作用方向与上述相反，这就是阀后压力调节的工作原理。
2）自力式减压阀阀前压力调节的工作原理同阀后压力调节的工作原理，应注意阀芯反装。
 
自力式减压阀型号：
铸钢：ZZYP-16C，ZZYP-25C，ZZYP-40C，ZZYP-64C
不锈钢：ZZYP-16P，ZZYP-25P，ZZYP-40P，ZZYP-64P 
自力式减压阀ZZYP特点： 
自力式压力调节阀无需外加能源，能在无电无气的场所工作，既方便又节约了能源。
压力分段范围细且互相交叉，调节精度高。
压力设定值在运行期间可连续设定。
对阀后压力调节，阀前压力与阀后压力之比可为10：1～10：8。
橡胶膜片式检测，执行机构测精度高、动作灵敏。
采用压力平衡机构，使调节阀反应灵敏、控制。 

❹平衡式双密封调节减压阀动静态密封静密封垫圈材料
静密封
静密封通常是指两个静止面之间的密封。密封办法主要是使用垫圈。
垫圈材料
(1)非金属材料：如纸、麻、牛皮、石棉制品、塑料、橡胶等
纸、麻、牛皮之类，有毛细孔，易渗透，使用时须浸渍油、蜡或其他防渗透材料。一般阀门很少采用。
石棉制品，又有石棉带、绳、板和石棉橡胶板等。其中石棉橡胶板结构致密，耐压性能好，耐温性能也很好，在阀门本身和阀门与管子的法兰连接中，使用极为广泛。
塑料制品，有很好的耐腐蚀性能，使用也较普遍。品种有聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙66、尼龙1010等。
橡胶制品，质地柔软，各种橡胶分别有一定耐酸、耐碱、耐油、耐海水的能力。品种有天然橡胶、丁苯橡胶、橡胶、氯丁橡胶、异丁橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶等。
(2)金属材料：一般地说，金属材料强度高，耐温性能强。但铅并不这样，仅取它耐稀硫酸的特性。常用品种有黄铜、紫铜、铝、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金、银、镍等。
(3)复合材料：例如金属(内部石棉)垫圈、组合波形垫圈、缠绕垫圈等。

❺平衡式双密封调节减压阀动静态密封 静密封常用垫圈性能
使用阀门时，往往根据具体情况，更换原带垫圈。常有垫圈有：橡胶平垫圈、橡胶O形圈、塑料平垫圈、聚四氟乙烯包垫圈、石棉橡胶垫圈、金属平垫圈、金属异形垫圈、金属垫圈、波形垫圈、缠绕垫圈等。
(1)橡胶平垫圈：变形容易，压紧时不费力，但耐压、耐温能力都较差，只用于压力低、温度不高的地方。天然橡胶有一定耐酸碱性能，使用温度不宜超过60℃;氯丁橡胶也能耐某些酸碱，使用温度80℃;橡胶耐油，可用至80℃;氟橡胶耐腐蚀性能很好，耐温性能也比一般橡胶强，可在150℃介质中使用。
(2)橡胶O形垫圈：断面形状是正圆，有一定的自紧作用，密封效果比平垫圈好，压紧力更小。
(3)塑料平垫圈：塑料的大特点是耐腐蚀性好,大部分塑料耐温性能不好。聚四氟乙烯为塑料，不但耐腐蚀性能优异，而且耐温范围比较宽阔，可在-180℃～+200℃之内使用。
(4)聚四氟乙烯包垫圈：为了充分发挥聚四氟乙烯的优点，同时弥补它弹性较差的缺点，做成聚四氟乙烯包裹橡胶或石棉橡胶的垫圈。这样，既同聚四氟乙烯平垫圈一样耐腐蚀，又有良好的弹性，增强密封效果，减小压紧力。其断面形状如图4-20所示。
(5)石棉橡胶垫圈：由石棉橡胶板剪成。它的组分是60～80%的石棉和10～20%的橡胶，以及填充剂、硫化剂等。它有很好的耐热性、耐冷性、化学稳定性，而且货源丰富，价格便宜。使用时，压紧力不必很大。由于它能粘附金属，所以表面涂一层石墨粉，以免拆卸时费劲。
石棉橡胶板有四种颜色：灰色，用于低压(牌号XB-200，耐压≤16公斤/平方厘米，耐温200℃);红色，用于中压(牌号XB-350，耐压可达40公斤/平方厘米，耐温350℃);紫红色，用于高压(牌号XB-450，耐压100公斤/平方厘米耐温450℃);绿色，用于油类，耐压性能也很好。
(6)金属平热圈：铅，耐温100℃;铝430℃;铜315℃;低碳钢550℃;银650℃;镍810℃;蒙乃尔(镍铜)合金810℃，不锈钢870℃。其中铅耐压能力较差，铝可耐64公斤/平方厘米，其他材料可耐高压。
(7)金属异性垫圈：
透镜垫圈：有自紧作用，使用于高压阀门。
椭圆形垫圈：也属于高压自紧垫圈。
锥面双垫圈：用于高压内自紧密封。
此外，还有方形、菱形、三角形、齿形、燕尾形、B形、C形等，一般只在高中压阀门中使用。
(8)金属垫圈：金属既有良好的耐温耐压性能，又有良好的弹性。材料有铝、铜、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金等。里面填充材料有石棉、聚四氟乙烯、玻璃纤维等。
(9)波形垫圈：具有压紧力小，密封效果好的特点。常采用金属与非金属组合的形式。
(10)缠绕垫圈：是把很薄的金属带和非金属带紧贴在一起，缠绕成多层的圆形，断面呈波浪状，有很好的弹性和密封性。金属带可用08钢、0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、铜、铝、钛、蒙乃尔合金等制作。非金属带材料有石棉、聚四氟乙烯等。
以上，讲述密封垫圈性能时，列举了一些数字。必须说明，这些数字跟法兰形式、介质情况和安装修理技术等有密切的关系，有时可以超过，有时达不到，而且耐压和耐温性能，也是互相转化的，例如温度高了，耐压能力往往降低，这些细微的问题，只能在实践中体会。

❻平衡式双密封调节减压阀动静态密封新材料和新技术
以上介绍的密封垫圈还很不全面，况且密封技术正处于迅猛发展中。下面举例介绍几项新材料和新技术。
(1)液体密封：随着高分子有机合成工业的迅猛发展，近年出现了液态密封胶，使用于静密封;这项新技术，通常叫做液体密封。液体密封的原理，是利用液态密封胶的粘附性、流动性和单分子膜效应(越薄的膜自然回复倾向越大)，在适当压力下，使它象垫圈一样地起作用。所以对使用着的密封胶，也叫做液体垫圈。
(2)聚四氟乙烯生料密封：聚四氟乙烯也是高分子有机化合物，它在烧结成制品之前，叫做生料，质地柔软，也有单分子膜效应。用生料做成的带叫生料带，可以卷成盘保存。使用时能自由成形，任意接头，只要一有压力，便形成一个均匀地起着密封作用的环形膜。作为阀门中阀体与阀盖间的垫圈，可在不取出阀瓣或闸板的情况下，撬开一缝隙，塞进生料带去就行了。压紧力小，不粘手，也不粘法兰面，更换十分方便。对于榫槽法兰适宜。聚四氟乙烯生料，还可做成管形和棒状，作密封用。
(3)金属空心O形圈：弹性好，压紧力小，有自紧作用，可选用多种金属材料，从而在低温、高温和强腐蚀性介质中都能适应。
(4)石墨板密封圈：在人们印象中，石墨是脆性物质，缺乏弹性和韧性，但经过特殊处理的石墨，却是质地柔软，弹性良好。这样，石墨的耐热性能和化学稳定性，便可以在垫圈材料中得以显示;而且这种垫圈压紧力小，密封效果异常*。这种石墨还能做成带，跟金属带配合，组成性能优异的缠绕垫圈。石墨板密封圈和石墨----金属缠绕垫圈的出现，是高温抗腐蚀密封的重大突破。这类垫圈，国外已经大量生产和使用。

平衡式双密封调节减压阀动静态密封安装方式：

自力式减压阀广泛用于石油、化工、电力、冶金、食品、轻纺、机械制造与民用建筑楼群等各种工业设备中，能应用于气体、液体、蒸汽介质的减压稳压（阀后调节）或泄压稳压（阀前调节），但由于它利用介质自身的压力去操作执行机构，在执行机构内充满介质，故安装方式应与此相配合。
在安装时取压点应设在离调压阀适当的位置，压开型调压阀应大于2倍管道直径，压闭型调压阀应大于6倍管道直径。
在安装冷凝器时应注意冷凝器的位置，使其高于膜头而低于工艺管道，以保证冷凝器内充满冷凝液。
针对传统蒸汽调节减压阀存在的泄漏量大和安全可靠性差等问题,从产品结构、制造工艺、综合性能等方面进行了对比分析,提出了蒸汽调节减压阀改进设计的思路,即平衡式双密封结构,通过大量工况使用,证明此种蒸汽调节减压阀调节性能好,安全可靠.与本文相关的论文：自力式煤气调压阀组​