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低温调节阀阀座软密封特性研究(Ⅰ):常温密封性能

稿件来源:北京理工大学学报 Transactions of Beijing Institute of Technology 2015年05期  作者:张宁 点击:794次 发布时间:2019-11-8
 
【摘要】

分别采用高分子聚合物PTFE、PCTFE和PEEK作为低温调节阀阀座软密封的密封材料,在常温(300K)情况下,对比研究了采用不同密封材料的低温阀阀座的漏率与密封比压的关系.在此基础上,测试了不同进口压力下阀座的密封漏率,以及密封性能对压力的稳定性.试验分析结果表明,采用PCTFE密封材料的低温阀阀座不仅具有优异的密封性能,而且在不同的工作压力条件下,漏率与压力呈线性变化,具有较高的压力稳定性.


【正文试读】

大型氦低温制冷设备是前沿科技研究、大科学 工程、航空航天应用不可替代的基础支撑装备.近 年来,随着高技术的发展,涉及低温的重大系统越来 越多,对大型低温制冷设备的需求不断增加,如欧洲 核子研究中心CERN的大型强子对撞机(LHC) [ 1], 国际热核聚变实验堆(ITER) [ 2]以及国内先进实验 超导托卡马克(EAST) [ 3],北京正负电子对撞机重

大改造项目(BEPC -Ⅱ)等大科学装置均配套大型氦 低温制冷设备.大型氦低温制冷设备是指制冷温度在20K 以 下,制冷量达到数百瓦乃至万瓦以上的制冷系统,主 要由氦气储罐、滤油纯化系统、压缩机系统、冷箱、控 制系统和分配阀箱组成,如图1所示.低压氦气经 压缩机系统压缩后,提高了压力,并经过滤油纯化系统,最终进入到冷箱,经透平膨胀机(或节流阀)膨胀 降温,产生的低温氦气(或液氦)通过分配阀箱分配 到不同用户.

低温调节阀阀座的密封性能是低温调节阀的最 重要指标,需要满足在数百次甚至上万次的冷热循 环过程中保持较好的密封性能,同时实现流体调节 和切断的功能.为了提高调节阀运行稳定性,响应 快速性,密封性能和工作寿命,国外低温调节阀阀座 密封一般采用非金属材料的软密封结构.密封材料 一般要求在液氦温区仍具有延展性,以保证其低温 密封性能,如PTFE(聚四氟乙烯)、PCTFE(聚三氟 氯乙烯)、PEEK(聚醚醚酮)等高分子聚合物[ 4 -9]. 国内生产的低温调节阀,工作温区仅在液氮温 区(77K),阀座采用金属硬密封,密封性能不高,无 法适用于大型氦低温制冷设备.同时,液氢/液氦温 区的低温阀也关系到国防科学技术的发展和安全, 是重大科学工程的必需设备.但是国内至今还没有 成熟的商业化产品,也缺乏相关的理论和技术研究, 如果从国外公司进口,将受到相关部门的监控,同时 面临着禁运的风险.因此不管是从国防安全方面考 虑,还是从理论研究方面出发,探讨低温调节阀阀座 非金属软密封的常温-低温密封性能,实现气动低温 调节阀国产化和产业化都具有非常重要的意义.

基于上述问题,针对采用不同密封材料(PT- FE、PCTFE和PEEK)的低温调节阀阀座软密封性 能展开研究.研究包括2部分:第一部分主要研究 在常温(300K)条件下的阀座软密封性能,包括密封比压和工作压力对阀座漏率的影响,并对比采用不 同密封材料的阀座软密封特性.在此基础上,第二 部分主要研究在低温(77K)条件下,阀座的软密封 性能,并综合比较了采用不同材料的阀座密封特性 以及在低温调节阀上的应用.


 
 
【关键词】:低温阀; 阀座; 软密封; 漏率; 聚合物材料
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