您的当前位置:华林调节阀网>>调节阀论文>>节能降耗与填料材质

节能降耗与填料材质

    自动控制阀是用来调节流量的调节阀,它应具备良好的调节特性和耐用性能,还应操作方便,维修简单。这种调节通常是采用了冲量自动调节系统,即水位、蒸汽流量和自动控制阀门开度的三个冲量。只要蒸汽流量和阀门开度信号(即输出信号和输入信号)准确配合,就可以使水位保持在所需要的范围以内。通过对自动控制阀工作状况的分析,可知其工作时是频繁运动的。调节动力是由执行器克服各种阻力后供给的,执行器的结构形式,执行器的回转角度和输出臂长决定了阀门的可调行程,输出扭矩决定阀门的操作力,两者还有非常密切的联系。通过计算和实际工况要求的条件,为满足调节特性就要有一定的可调行程,要使阀门在频繁的运动状态下工作,必须随时克服运动部件与静止部件之间的摩擦阻力,即阀杆与填料之间的摩擦阻力,这是本文主要阐述的问题。由于摩擦阻力的增大,使很多使用部门采用加大执行器的参数,增加执行器的实际扭矩,来满足自动控制阀的流量调节,这样增加了使用部门自备用电负荷,即使用成本。柔性石墨的使用正是减少摩擦系数,降低摩擦阻力的有效措施。

    1 柔性石墨

    柔性石墨亦称膨胀石墨或扩张石墨,是新型碳石墨材料,属高纯石墨制品,含碳量>99%,它由天然鳞片石墨经过特殊化学处理和热处理加工而成的不含有任何粘结剂和杂质的纯石墨制品,是用蠕虫状石墨粒子在不太高的压力下压制而成,并没有一致贯穿的石墨晶体结构形成,而属多晶结构,即柔性石墨制品是由若干有序排列的石墨离子的不定向堆积而成,柔性石墨除保证天然石墨的原有特性外,还具备了一些普通石墨所没有的特殊性能。

    ①耐高温性是其主要特性之一,石墨是元素周期表中熔点最高的元素,常压下于3325±25℃升华,在12MPa压力,3750±25℃时融化。柔性石墨在升温时,性能几乎不变,超出非金属耐温性能,而保持良好的密封性。

    ②柔性石墨晶体为层状结构,是一种良好的自润滑固体润滑剂。

    ③柔性石墨的反应活化能较高,活化能的高低直接影响柔性石墨与其他物质发生化学反应的反应速度,因此,它除在较高温度下与氧气反应以及在强氧化性介质中硬化变质外,可适用于绝大多数酸、碱、盐和有机溶剂及水蒸气的密封。

    ④柔韧性使石墨具有软填料的性质,如可压缩性有利于针对不同密封工况条件来选择其密封件容量。而回弹性可使填料在动密封中与阀体保持经常性的贴合。

    ⑤对气体、液体、蒸汽都具有良好的不浸透性。

    ⑥对热和电的传导有明显的各向异性。

    ⑦使用寿命长,可延长填料的更换周期,减少维修工作量,材料还可回用。

    ⑧摩擦系数低。柔性石墨填料与钢的干摩擦系数为0.05~0.15。而石棉填料与钢的干摩擦系数为0.07~0.43,这一特性用于自动控制阀上益处尤其显著。

    2 填料与阀杆之间摩擦力的计算

    2.1 密封过程

    填料作用于横向支撑上的压力如果等于或高于介质压力,而且也足以能使在横向面上的泄漏闭合,则填料就能对介质起到密封。

    压紧填料压盖产生的最初密封压力使填料横向扩张,如果填料传递压力的方式与介质相同,则施加于填料端面的压力就在横向支撑面上产生相同的压力。如果这种填料开始受到填料压盖的压紧,填料横向的压力通常要比介质压力高出压盖施加的一个开始压力值,因此会自动起到密封作用(图1)。

    当填料靠上部的截面受到压力,而且填料施加于横向面上的开始压力又小于介质压力时,介质就将进入填料与横向支撑面结合的区域,直到填料压力与介质压力重新平衡的区域为止,由于压盖和填料横向支撑面间隙上的填料没有支撑,介质压力也会通过这些空隙将填料挤出,这种挤压作用就使在这一区域的填料压力急剧增大,于是在压盖下面就产生了主要的密封作用。如果介质压力足以使压盖空隙周围的填料变形很大,则通过压紧压盖的初始介质压力一经建立后介质密封就会自动形成。反之,就必须通过压紧压盖来保持介质密封。

    2.2 填料压紧密封力的计算

    为保持密封必须使径向压力Px大于介质工作压力,即Px>P。若按照填料函密封过程理论,考虑在密封过程中一些因素变化进行计算,势必使计算过于复杂。因此,在以下计算中,已将许多因素进行简化假设。

    柔性石墨对钢的静摩擦系数μ1′=0.05~0.15(μ=0.1),石棉填料对钢的静摩擦系数μ″=0.07~0.43(μ″=0.14)。

    摩擦系数由于试验机的不同,试验方法上的差异所得数值范围较大,在计算过程中取平均值。由μ1和μ2的关系可知,μ2=1.3μ1,由此关系可推出阀杆表面和填料表面上的静摩擦系数平均值μ为

    μ=(μ12)/2=(μ1+1.3μ1)/2=1.15μ1,μ1取…μ1得μ=0.115。

    式中 μ1———填料与阀杆之间摩擦系数

    μ2———填料与填料函之间摩擦系数

    由填料环形部分的受力分析可得

    π(D+d)dyP+π/4(D2+d2)dpy=0

    在填料压盖传递的力作用下,在弹性填料内产生轴向压力Py,由于存在摩擦力,此轴向压力随填料的高度而变化,而填料本身的弹性产生径向压力Px,该径向力亦随高度而变化,所以Py值应大于Px值,取Py=nPx,将此式代入上式简化为

    为保证密封性,当y=h时,必须满足Px=P,得

     由实际设计要求和使用状况可知,n=1.4,μ=0.115,P=25MPa,S=0.008m,h=0.065m,当y=0时得压紧力P1。P1=1.4×25e 1.33=132.3MPa,由设计给定知D=0.048m,d=0.032m则压紧填料所需要的力为

    2.3 填料与阀杆之间摩擦力的计算

    由正压力乘摩擦系数等于摩擦力的概念得

    3 结语

    根据国内各使用单位所选用的执行器可知,自动控制阀的全行程调节需要30~60s,自动控制阀是全天投运(24h)。经调查实际调节率为75%。即每天工作18h,由于使用了柔性石墨可减小摩擦力6kN,实际做功935.6kJ(0.26kW/h电)。一个使用单位如果有自动控制阀约213只(场所大小不同数量各异),由于阀杆直径不同其摩擦力也不同,自动控制阀偏大,一般也是自动控制阀的一半,这样可节电9968.4kW/h。由此可知,在使用单位和阀门制造厂大力推广使用柔性石墨是节约能源的一项主要措施,也是十分有必要的,建议阀门的设计使用柔性石墨,为此可以节约更多的能源。