阀门填料函的结构及介绍

    在上导向上面的部门是阀盖颈部的填料函(见图1-1),阀杆通过上阀盖中的孔进入。当使用弹簧加载、压力增能的V形填料时,第一个与阀杆接触的零件是滑环。在很多情况下,阀杆通过填料滑动之前有一个金属的护套,带凸缘的聚四氟乙烯和油毛毡套环,用来清除阀杆上的污物和磨蚀颗粒。

图1-1 填料函
图1-1 (a)弹簧加载,压力增能的填料
图1-1 填料函
图1-1 (b)方形环,压缩填料的结构

    若采用聚四氟乙烯V形环密封,填料函上的另一项是螺旋式压缩弹簧,用来对准中心,防止端导向或填料盒内径和阀杆相接触。使用方形填料可以取消弹簧,因为它由填料压盖的压缩增能,而不是如V形环式的具有初始的凸缘密封。
    若采用方形压缩填料,滑环被一个填料固定环所取代,以防止填料向下挤出而进入上阀盖孔的间隙中。这种环与阀杆做成紧配合,把它当作刮刀来使用,与填料函的内径做成松动配合。这种环也叫做“压环”。它通常是经过硬化处理的,或用钨铬钴硬质合金做的零件,因此它不会随阀杆而磨损。有些情况下,一个金属的套环可以安装在方形填料环的中间,借以把润滑剂加入填料。
    填料压盖是最上面的零件,做为阀杆的上导向,其下部具有一个狭窄的、紧配合的导向支承座,其配合必须十分紧密,以防止填料挤出及阀杆在导向支承座中卡住。填料压盖在上阀盖中做成自由配合,使主阀杆的杆部或套筒导向矫正阀芯的中心,正确的对准阀座。填料不会进入到这个较大的间隙中,因为没有相对的运动。
    注意,在图1-1(b)中,填料压盖的顶部被加工成球面,以使填料法兰的稍微翘起,当压紧方形环填料时,不会使填料压盖的导向支承面翘起和卡住阀杆。填料压盖做成深深地插入到上阀盖中去也是这个理由。
    1-2图表中给出了填料函的结构材料,它按照主要的阀内件材料来选用。

(a)填料法兰
阀体材料或钢,镀镉
(b)填料压盖
316不锈钢、R-蒙乃尔合金、
哈氏合金B,卡尔彭特尔20
(钨/杜里默特合金阀内件)
(c)弹簧
316不锈钢、因康镍合金
(d)套环
17-4PII不锈钢,K-蒙乃尔
合金,哈氏合金B,卡尔彭特尔20
(e)填料函环(滑环)
17-PH不锈钢,K-蒙乃尔
合金,哈氏合金B,卡尔彭
特尔20
(f)压环
17-PH不锈钢,钨铬钴硬质合金
图表 1-2填料函的结构材料

    一些低压液位控制阀(放料阀)使用一个旋转式的阀杆,沿阀芯的轴线旋转90°,用0形环或人字行填料的填料函密封这个旋转运动。
    波纹管阀杆密封用于不容许阀杆泄漏或工艺流体不能容纳任何填料的场合使用。这可能是这样的情况,工艺流体是易燃的、有毒的、易爆炸的、很贵重的或者很快就损坏填料的。它也用于防止在真空下使用的泄漏。
    波纹管是易损坏的和昂贵的,应尽可能避免用于连续动作的阀门(节流用)。它们是薄壁褶合式的单层或多层结构,若超过制造厂的额定的使用寿命,很容易疲劳、裂缝及泄漏。
    波纹管较长通常需要使用长颈式上阀盖,并附加一个常规的填料函作为备用的密封。可以附加一个套环和注油器作为调整填料严密性的一种手段(对于进行这种检验,务必使通过波纹管的压力保持平衡)或者提供一个泄漏指示仪表和泄放系统。
    流体的动力作用在波纹管上,所产生的扭力往往会转动阀芯,可以用下述的办法之一来防止:
    1)阀杆在波纹管下面的六角形部分通过一个六角形的衬套来滑动;或由
    2)在阀杆的水平方向伸长一个销钉,在一个垂直的导向槽中滑动。
    一种好的波纹管材料是A-286不锈钢,已在50磅/英寸2(3.5bar)和1200°F下的液态钠中使用了10000个操作过程,运行良好。蒙乃尔合金是常用的,黄铜可以在低压非腐蚀性介质中使用。供控制阀使用的常规波纹管通常在750°F下的额定压力达600磅/英寸2(41bar)。
    工艺流体始终存在于波纹管的周围,往往会压坏它。更高的操作压力可以采用反向平衡,即在波纹管内充入气体压力。
    三种波纹管阀杆密封的结构示于图1-3、1-4(a)和1-4(b)中。

图1-3 波纹管阀杆密封
图1-3 波纹管阀杆密封
图1-4 波纹管阀杆密封
图1-4 (a)防止转动
图1-4 波纹管阀杆密封
图1-4 (b)高压长行程波纹管

    图1-4(b)是一种波纹管阀杆密封的简图,圆圈中局部放大图表明波纹管是褶合式的,内径和外径两边都焊上。波纹管被固定在短套筒架上,它导向阀杆,藉以防止在高压下变形或扭曲。这种型式的结构已经在核工程中使用,操作温度650°F,最高温度800°F。结构适用于1.5英寸行程,总长仅15英寸。在核工程中使用的材料为因康镍合金718,它使辐射损害减至最小。这种形式的波纹管,根据概率统计求得的估计寿命为2000次全行程操作(即阀门的全开和全关),或者行程超过全行程一半的10000次节流操作。