LNG主要成份為乙炔、乙烷、丙烷以及少量二氧化碳，它是一種無(wú)色、無(wú)味和無(wú)磨蝕性的高溫液體，密度比空氣小，安全性比較高，燃燒后二氧化碳和煙塵排放量幾乎為零，所以作為一種清潔能源被廣泛使用。因?yàn)樗肿恿啃　ざ鹊汀B透性強(qiáng)等性質(zhì)，便于泄露和擴(kuò)散，因而在LNG的生產(chǎn)、運(yùn)輸以及接收過(guò)程中，適于截?cái)唷⒅够睾驼{(diào)節(jié)的閥體對(duì)系統(tǒng)的安全靠譜運(yùn)行具備至關(guān)重要的作用。現(xiàn)在，適于LNG關(guān)鍵設(shè)備中關(guān)斷的閥體有閥門、截止閥、蝶閥和閥門四類。因?yàn)殚y門的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略、可靠性高、壽命長(zhǎng)并且繼電器快速，尤其是相比于其他類別的閥體具備流動(dòng)阻力小的特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用。因?yàn)長(zhǎng)NG的閥門在高溫環(huán)境下工作，對(duì)其密封功耗有較高的要求。閥門密封功耗是決定其品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)，所以對(duì)高溫閥門密封結(jié)構(gòu)研究仍然是本領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。本文小結(jié)了現(xiàn)在應(yīng)適于LNG高溫閥門不同類別的密封結(jié)構(gòu)，剖析了每種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，并提出了優(yōu)化改進(jìn)的建議。

LNG用閥門不同密封結(jié)構(gòu)

高溫閥門的主要結(jié)構(gòu)有凸緣組件、閥體、球體和輪緣組件等。閥門中的密封結(jié)構(gòu)主要包含三個(gè)部份：缸體濾料處的密封，閥門連結(jié)處的密封以及殼體內(nèi)部汽缸與立方體之間的密封。這幾處的密封功耗優(yōu)劣在一定程度上決定了閥門能夠正常工作，只有在同時(shí)保證其密封良好的狀態(tài)下，就能實(shí)現(xiàn)閥門的正常工作。現(xiàn)在，根據(jù)密封結(jié)構(gòu)方式的不同，LNG高溫閥門主要有浮動(dòng)式、固定式和軌道式。

1.浮動(dòng)式閥門密封結(jié)構(gòu)

浮動(dòng)式聯(lián)軸器的立方體被兩導(dǎo)柱夾持其中呈“浮動(dòng)”狀態(tài)。當(dāng)閥門關(guān)掉時(shí)，在流動(dòng)介質(zhì)的作用下，使立方體牢牢壓在出口端的噴嘴密封圈上，因而保證管件密封。

曹平福等人提出在超高溫浮動(dòng)閥門中，輪緣濾料函部位的密封通過(guò)輥?zhàn)訛V料加雙唇密封圈的形式來(lái)進(jìn)行雙重密封，首先運(yùn)用放置在軸套濾料上方雙唇密封圈產(chǎn)生的密封副達(dá)到高級(jí)密封；再運(yùn)用壓緊的銷釘濾料產(chǎn)生第二重密封，壓緊濾料的螺絲處放置的碟形彈簧才能提供持續(xù)的預(yù)緊力。而立方體與噴嘴之間是在流體介質(zhì)力的作用下球閥類型，使立方體貼近出口端的噴嘴密封面，確保了立方體與噴嘴之間的密封。入口端密封面輔以碟形彈簧預(yù)緊式密封結(jié)構(gòu)，用蝶形彈簧來(lái)保證立方體對(duì)出口端密封面的壓緊作用。圖1為其密封部位的結(jié)構(gòu)方式。

浮動(dòng)式閥門主要應(yīng)適于口徑較小和壓力較低的工作條件下，而它大部份選用上述這些彈性密封結(jié)構(gòu)，這些密封結(jié)構(gòu)的弊端是借助較大的預(yù)緊力并且密封愈發(fā)靠譜，同時(shí)閥門較小的開(kāi)啟轉(zhuǎn)速有效地降低了立方體的磨蝕，而且假如用硬密封材料制做的彈簧作為補(bǔ)償，容易形成銹蝕造成維修成本高，這可以通過(guò)選用碟形彈簧加軟密封圈的軟硬組合式密封的方式來(lái)緩解，即在軸套與噴嘴之間加密封圈來(lái)保證管件關(guān)掉時(shí)在介質(zhì)力的作用下襯套與噴嘴的密封，減少襯套的位移。下游密封座處僅借助介質(zhì)壓力不能完全保證其密封的牢靠性，同時(shí)因?yàn)榻橘|(zhì)壓力對(duì)下游墊圈密封圈的壓緊作用，促使其在工作中承受一定的介質(zhì)荷載，或許會(huì)發(fā)生永久變型，然而這些密封形式的許用工作壓力不能太大，造成其難以應(yīng)用在任意場(chǎng)合。

2固定式聯(lián)軸器的密封結(jié)構(gòu)

固定式聯(lián)軸器一般應(yīng)適于壓力較高的工作條件下或則是公稱管徑較大的管道上，它的立方體由上下軸支承，立方體不會(huì)偏離上下軸的軸線，噴嘴是浮動(dòng)的，在介質(zhì)壓力作用下，推向立方體形成密封力以斬獲靠譜密封，與浮動(dòng)式聯(lián)軸器相比，愈發(fā)減少了閥門的啟閉力矩。

現(xiàn)在被廣泛使用的一種固定閥門的噴嘴方式為其上、下游噴嘴均為單活塞效應(yīng)的自泄壓制件。如圖2所示。當(dāng)閥腔壓力較高時(shí)，上游噴嘴可以被推進(jìn)而向下游泄壓。當(dāng)閥腔壓力異常下降太多時(shí)，下游噴嘴也起到泄壓作用，同時(shí)向上游流道泄壓。這些噴嘴應(yīng)適于對(duì)密封功耗要求不是非常高的場(chǎng)合。

安黎等人提出了一種選用上游密封手動(dòng)泄壓式噴嘴的上裝式固定閥門。上游噴嘴為具備單活塞效應(yīng)的密封噴嘴，當(dāng)管線內(nèi)壓力較小時(shí)，通過(guò)將彈簧設(shè)置在汽缸反面來(lái)保證足夠的初始預(yù)緊力以確保密封。當(dāng)管線內(nèi)壓力較大時(shí)，管線內(nèi)噴嘴處受壓面積A1＞A2，則上游噴嘴在介質(zhì)壓力的作用下貼近立方體保證密封。當(dāng)中腔壓力過(guò)高時(shí)，可以逆向推進(jìn)墊圈向下游泄壓[13]。而下游噴嘴具備雙活塞效應(yīng)，因?yàn)槠鬃涔芫€處和管件中腔處的受壓面積為A1＞A2，A3＜A4，A1+A3＞A2+A4，并且下游噴嘴一直貼近立方體，保持著良好的密封狀態(tài)。上下游噴嘴密封方式如圖3和4。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是密封功耗挺好，由于當(dāng)球閥處于工作狀態(tài)時(shí)，既可以上下游同時(shí)保證密封，又能進(jìn)行手動(dòng)泄壓。

王付軍等人也提出選用上述的手動(dòng)泄壓式噴嘴，但同時(shí)在軸套處設(shè)計(jì)了一種多重密封結(jié)構(gòu)，以免在進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，濾料內(nèi)有水踏入影響密封療效。同時(shí)在濾料壓板的螺絲連結(jié)處設(shè)置有碟形彈簧，拿來(lái)補(bǔ)償氣溫發(fā)生變化時(shí)帶給的影響，保證密封良好。這些結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是具備自泄壓功能，輔以上裝式，相比于分體式聯(lián)軸器有太多突出特點(diǎn)，比如當(dāng)還要修理時(shí)，只需將閥蓋拆下才能取出立方體和噴嘴，便于快捷，填補(bǔ)了傳統(tǒng)閥門即便安裝上，若發(fā)生故障球閥類型，還要修理時(shí)，就該從管道上拆裝出來(lái)的不便。閥門與閥蓋之間的密封不是沿管線方向，所以不會(huì)遭到管路中介質(zhì)力的作用。管件繼電器快速，保證了系統(tǒng)安全靠譜運(yùn)行。因?yàn)榫邆潆p活塞效應(yīng)的噴嘴很難實(shí)現(xiàn)其雙活塞密封的功能，所以要解決這方面的技術(shù)問(wèn)題。張清雙等人提出了一種波紋管密封上裝式固定球止回閥，其密封座處選用螺紋導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。而波紋管的兩端分別與噴嘴和螺紋導(dǎo)向套進(jìn)行弧焊。該螺紋導(dǎo)向套的輪緣設(shè)計(jì)成有兩到三個(gè)螺紋孔，在此處通過(guò)螺栓來(lái)調(diào)整噴嘴處的位移，那樣才能便于地將立方體從閥門上方放到閥門內(nèi)，實(shí)際結(jié)構(gòu)如圖5所示。這些密封結(jié)構(gòu)有效地緩解了先前上裝式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)的局限性、不靠譜性以及球閥的內(nèi)漏等缺陷。雖然因?yàn)椴y管若使用雙層結(jié)構(gòu)則硬度不夠，容易損壞；而假如選用單層結(jié)構(gòu)，費(fèi)用也會(huì)逐漸提高，因此經(jīng)常沒(méi)有被大量使用。

3軌道式聯(lián)軸器密封補(bǔ)償結(jié)構(gòu)

軌道式聯(lián)軸器是運(yùn)用曲軸機(jī)構(gòu)原理來(lái)控制球閥的開(kāi)啟和關(guān)掉，但是啟閉過(guò)程無(wú)磨擦，因此大部份球閥配置小手輪即可，在任何載荷下都能保證挺好的密封，非常是在高溫狀態(tài)下，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的各部件就會(huì)形成一定的變型[20]。現(xiàn)在，軌道式聯(lián)軸器廣泛應(yīng)適于石油、天然氣、化工等行業(yè)。

王萬(wàn)平等人提出了一種可適于超高溫載荷的軌道式聯(lián)軸器密封補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。它將軸套設(shè)計(jì)為兩段式，在軸套上下兩段之間布置了彈性件，通過(guò)彈性件來(lái)補(bǔ)償在工作過(guò)程中因?yàn)闅鉁刈兓瘞Ыo的密封結(jié)構(gòu)變型量。其工作原理為：在關(guān)掉球閥時(shí)，氣閥在軸套機(jī)械打壓下牢牢地?cái)D壓在噴嘴上，此刻彈性件也蓄有一定的彈性能量；在這些狀態(tài)下，當(dāng)氣溫變化導(dǎo)致密封壓力發(fā)生變化時(shí)，彈性件在能量的驅(qū)使下推進(jìn)上端襯套進(jìn)行聯(lián)通，補(bǔ)償溫差造成的變型，因而可以確保球閥仍然處于良好的密封狀態(tài)；當(dāng)逆秒針搖動(dòng)手輪時(shí)，輪緣向下運(yùn)動(dòng)，其上方角形平面使襯套偏離噴嘴，球閥開(kāi)啟。

這些密封結(jié)構(gòu)不只是去除了噴嘴的磨擦，解決了傳統(tǒng)閥門的噴嘴磨蝕問(wèn)題，還填補(bǔ)了因溫差對(duì)密封壓力導(dǎo)致的影響，能進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，密封靠譜性得到了大大的提升，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略，也可以設(shè)計(jì)成頂裝式，修理拆裝便于，因此得到了大量應(yīng)用。

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