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低温调节阀阀座软密封特性研究(Ⅱ):低温密封性能及综合对比分析

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:4653次 发布时间:2019-11-8
 
【摘要】

采用聚合物PTFE、PCTFE和PEEK作为低温调节阀阀座的软密封材料,在液氮温区(77K),研究阀座漏率与密封比压和工作压力的关系,分析了采用不同软密封材料时阀座密封性能对压力和温度的稳定性.在此基础上,综合对比分析了采用不同软密封材料的低温阀在常/低温、低/中压工况下的密封性能以及应用特点.在常温低压工况下,采用PTFE和PCTFE软密封材料的低温调节阀具有优异的阀座密封性能,但是在中高压时,采用PCTFE软密封材料的低温阀阀座密封性能更加稳定.相对而言,在低温工况下,采用PEEK软密封材料的低温阀阀座具有相对较高的密封性能和稳定性.


【正文试读】

近年来,随着高技术的发展,涉及到低温环境应 用的重大装置越来越多,对大型低温制冷设备的需 求不断增加,对低温系统的可靠性、适应性、稳定性 和自动化程度要求越来越高[ 1 -3].因此研究低温系 统的自动化控制,实现低温系统安全稳定运行,是大 科学工程等科研装备应用和发展的重要保证,具有 非常重要的科学和实际意义. 

气动低温调节阀(工作温区在20K 以下)是大 型低温系统中的最重要的执行部件,在整个制冷系 统中对流体进行调节和控制,其需求数量非常大,如 LHC(欧洲大型核子对撞机)低温系统中气动低温 调节阀的使用量达到上百个.同时,液氢/液氦温区 的低温阀是重大科学工程的必须设备,也关系到国 防科学技术的发展和安全. 为了提高低温调节阀运行稳定性,响应快速性, 密封性能和工作寿命,国外低温阀阀座密封一般采 用非金属材料的软密封,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. 

根据不同的工况环境需要,国外学者采用不同的 密封材料,满足阀门在低温下的密封要求.Kimura和
Ohhata [ 4]为了满足高能加速器超导磁体系统中低温 减压阀的密封需要,采用PEEK材料作为阀座密封材 料,在液氦温区(4.2K)时,漏率为4.5×10-7 kg /s; Miller和Brisson[ 5]设计测试的低功耗阀,采用PCT - FE材料作为阀座密封材料,在液氦温区时,漏率为 0.2μmol /s;Weilert和 Hahn[ 6]采用专用的复合塑料 作为低温流体控制阀的密封材料,在液氦温区时,漏 率为3×10-8scc /s;Cha govets和Rudavets [ 7]采用Tor - lon作为低温阀的密封材料,在液氮温区(77K)时,低 温阀测试没有明显的气泡泄露.

 根据上述分析,PTFE、PCTFE、和PEEK[ 8 -9]等高 分子聚合物材料在液氢/液氦温区仍具有较好的延展 性,可以满足低温阀的低温密封性能,其中PEEK具 有优异的抗核辐射能力,是核工业(热核裂变)中常用 的低温密封材料[10].

本文针对采用这3种密封材料 的低温调节阀阀座软密封性能展开研究,基于第Ⅰ部 分常温密封性能的基础上,考虑到如下3个方面: ① 国外成熟产品公司 VELAN和 WEKA低温调节 阀相关阀座软密封性能的测试温度为液氮温区 ( 77K) [ 11 -12];② 低温调节阀阀座软密封性能实验持 续时间较长,液氦温区(4.2K)实验成本较高;③ 非金属材料在液氦温区和液氮温区的延展性变化不大,对 密封性能影响较小.研究在液氮温区,低温调节阀阀 座软密封性能,包括密封比压和充气压力对阀座漏率 的影响,并综合比较采用不同密封材料的阀座常/低 温密封特性以及在低温调节阀上的应用.


 
 
【关键词】:低温阀; 软密封; 漏率; 液氮温区; 稳定性
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