Como uno de los componentes principales de válvulas y tuberías de presión, disolventes de presión, calderas y otros equipos, las válvulas de bola se utilizan para controlar el flujo o el corte de medios. Son ampliamente utilizados en diversas industrias, como GNL, energía eléctrica, industria ligera, construcción, metalurgia, etc. Como junta tórica de goma de bajo costo (en lo sucesivo, junta tórica) es aplicable para instalarse en varias válvulas para proporcionar protección de sellado en condiciones estáticas o dinámicas bajo temperatura, presión y diferentes medios líquidos y gaseosos especificados. Cuando la válvula de bola está en la posición cerrada, se deben cumplir los requisitos de sellado especificados (o requisitos de fuga). En el diseño, la junta tórica se selecciona como el elemento de sellado, que puede prevenir con éxito las fugas y lograr un efecto de sellado completo. Especialmente, cuando el vástago de la válvula gira durante el proceso de apertura y cierre de la válvula de bola, la fricción de movimiento de la junta tórica es muy pequeña y la junta tórica se selecciona como elemento de sellado para lograr cero fugas. Por lo tanto, la junta tórica es uno de los elementos de sellado más utilizados con el mejor efecto de sellado en válvulas de bola.

1. Ámbito de aplicación

La válvula de bola es un tipo de válvula que se puede abrir y cerrar mediante un dispositivo de accionamiento manual, un dispositivo de accionamiento neumático o un dispositivo de accionamiento eléctrico en diferentes condiciones de trabajo. Durante la producción de válvulas de bola, la junta tórica es un elemento de sellado adecuado para varias formas de sellado. Su sellado dinámico y su sellado estático juegan un papel importante en el rendimiento de sellado de varias válvulas de bola. Tome la válvula de bola de dos piezas como ejemplo, como se muestra en la Figura 1. La junta tórica en la cara del extremo y en el vástago de la válvula puede prevenir eficazmente la fuga de varios medios y garantizar el funcionamiento normal del sistema de válvula. Cuando la junta tórica se instala en ambos extremos, pertenece al efecto de sellado estático. Cuando la junta tórica se instala en el orificio central del cuerpo de la válvula y el vástago de la válvula, pertenece al efecto de sellado dinámico.

(1) sello estático

La junta tórica pertenece al sello de extrusión. La característica básica de la estructura del sello de extrusión depende de la deformación elástica del sello y la presión de contacto en la superficie de contacto del sello. Cuando la presión de contacto es mayor que la presión interna del medio sellado, desempeña un papel de sellado y, por el contrario, provoca fugas. Los cuerpos de los extremos izquierdo y derecho de la válvula de bola de dos piezas están en contacto metal con metal y pertenecen a una estructura de sellado estático. Para reducir o eliminar el espacio de la superficie de sellado entre ellos, la junta tórica se selecciona como elemento de sellado en el diseño. Cuando la presión media es pequeña, está en un estado estático y la fuerza de sellado requerida es muy pequeña. En este momento, los cuerpos de los extremos izquierdo y derecho pueden sellarse mediante la fuerza de apriete previo durante el montaje y la fuerza elástica de la junta tórica; Cuando la presión media sigue aumentando, la presión específica de sellado también aumenta y la junta tórica se expande repentinamente. En este momento, la junta tórica evita efectivamente el punto de fuga entre los espacios en ambos extremos, lo que garantiza el rendimiento de sellado de la válvula de bola.

Cuando la válvula de bola se abre y se cierra, sin importar el modo de conducción que se adopte, el vástago de la válvula girará. Para evitar que el medio se escape a través del espacio del orificio central, se engancha una ranura en el vástago de la válvula y se incrusta en la junta tórica. Aunque el vástago de la válvula gira 90 ° recíprocamente, debido a la pequeña fricción y la buena autolubricación de la junta tórica, cooperan entre sí para lograr un buen efecto de sellado. Para garantizar que el asiento de la válvula y el núcleo de la válvula formen un buen rendimiento de sellado, también se mecaniza una ranura en el asiento de la válvula y se instala la junta tórica en el mismo. Cuando aumenta la presión del medio en la cavidad de la válvula, el asiento de la válvula se moverá hacia el núcleo de la válvula bajo la presión de la fuerza del resorte. Bajo la acción del alto rendimiento elástico de la junta tórica, la estanqueidad de la cavidad interna de la tubería está asegurada. En este momento, la junta tórica inicia el efecto de sellado dinámico en la tubería. En las dos primeras formas estructurales, la junta tórica pertenece a la estructura de sellado dinámico.

(3) Sello de fuga cero

La estructura de sellado de la válvula de bola se divide en dos tipos estructurales: sellado metálico y sellado suave. En comparación con la estructura de sellado suave, la tasa de fuga de la estructura de sellado de metal es mayor. De acuerdo con el nivel de fuga de la válvula API, si el nivel de fuga de la estructura de sellado de metal debe alcanzar VI (equivalente a cero fuga), y la temperatura debe ser inferior a 200 ℃. En este momento, la junta tórica se selecciona como elemento de sellado para válvulas de bola de sellado tanto estáticas como dinámicas. Todos los parámetros de diseño se cumplen por completo. Para la válvula de bola de gas, para evitar que el medio gaseoso se filtre a través de varios canales, causando inflamabilidad y explosión, las juntas tóricas están incrustadas en cada punto de fuga, lo que puede prevenir eficazmente la fuga del cuerpo de la válvula. El valor de aclaramiento es inferior a 0,001 μm.

2. Selección de materiales

Hay muchos tipos de materiales para juntas tóricas, incluidos caucho fluorado (FKM), caucho de nitrilo (NBR) y caucho de silicona (VMQ), caucho de etileno propileno (EPDM), caucho natural (NR), HNBR, FFKM, etc. Los materiales de las juntas tóricas en las válvulas de bola son generalmente caucho fluorado, caucho de nitrilo y caucho de silicona. Para válvulas de bola que requieren alta temperatura, como válvulas de bola por encima de 200 ℃, se recomienda seleccionar otros tipos de elementos de sellado. El material de la junta tórica utilizado en la válvula de bola no solo está relacionado con la temperatura, el medio y la presión, sino que también se ve afectado por las condiciones de funcionamiento, el entorno y varios factores integrales.

(1) Temperatura

La temperatura es uno de los principales factores que afectan el rango de uso de las juntas tóricas. En el proceso de diseño de válvulas de bola, la temperatura aplicable de las juntas tóricas seleccionadas es generalmente de -29 ~ 180 ℃. Para las válvulas de bola en condiciones de alta o baja temperatura, se seleccionarán materiales sintéticos especiales como sellos para cumplir con los requisitos de rendimiento del sellado.

En materiales de caucho comunes, FKM tiene una excelente resistencia a altas temperaturas. El rango de temperatura de trabajo del FKM ordinario es de - 25 ~ 240 ℃, mientras que la marca especial de FFKM puede soportar la temperatura constante de 300 ℃ o la alta temperatura instantánea de 340 ℃ sin endurecimiento ni falla por expansión. Por lo tanto, para válvulas de bola utilizadas a alta temperatura en otras condiciones de trabajo, se puede considerar apropiadamente FFKM.

El caucho se fragilizará y perderá el efecto de sellado cuando se use en condiciones de baja temperatura. Por lo tanto, generalmente no se recomiendan las válvulas de bola de baja temperatura. La silicona es uno de los materiales más resistentes a las bajas temperaturas en los materiales de caucho. Aunque puede alcanzar los -100 ℃, tiene una baja resistencia a la tracción y poca resistencia al desgaste. Por lo general, no se puede utilizar para piezas de sellado dinámicas giratorias. Por lo tanto, las válvulas de bola en condiciones de baja temperatura no son adecuadas para la selección. De acuerdo con los datos relevantes, la temperatura de servicio del caucho de silicona es de - 60-220 ℃, lo que mejora la resistencia química y las propiedades mecánicas sobre la base de mantener la resistencia a la temperatura del caucho de silicona.

(2) Medio

Como una de las cinco válvulas principales, las válvulas de bola son aplicables a diferentes industrias de ingeniería. Para diferentes medios, es muy necesario seleccionar materiales de goma apropiados y juntas tóricas con materiales apropiados. Por ejemplo, las juntas tóricas de FKM tienen resistencia a las llamas, buena estanqueidad al aire, resistencia al ozono y excelente resistencia a la corrosión. La junta tórica de silicona es más adecuada para válvulas de bola con polvo y partículas. La junta tórica de nitrilo tiene un buen sellado y absorción de impactos en aceite, ácido, álcali, abrasión, invasión química y otros entornos. Por lo tanto, se pueden seleccionar juntas tóricas adecuadas en la válvula de bola para otros medios químicos mixtos, como medios ácidos, aceite, agua, gas, medios oxidantes y reductores.

(3) Presión

Según el principio químico de la junta tórica; La dureza de la junta tórica es generalmente Shore 50-90. Cuando la tubería de presión de la válvula es baja, se debe preferir la junta tórica con una dureza de Shore 50-70 para ahorrar costos y proteger el medio ambiente. Cuando la tubería de presión de la válvula es alta, se debe recomendar la junta tórica con una dureza de Shore 70-90 por seguridad. Cuando la presión de la tubería es mayor o igual a 150 lb o 1,0 MPa, la junta tórica debe incrustarse en la ranura de metal para evitar que se apriete y se deforme con el cambio de presión. Además, la junta tórica se daña fácilmente bajo alta presión. Es decir, bajo la acción de alta presión, las moléculas de gas a alta presión se infiltran en la junta tórica durante mucho tiempo. Cuando la presión externa de la junta tórica disminuye instantáneamente, las moléculas internas de gas a alta presión son fáciles de difundir rápidamente y romper la junta tórica. Por ejemplo, la junta tórica de sellado en el asiento de la válvula. Cuando la válvula de bola se gira y se abre, la presión interna de la cavidad de la válvula liberará el medio y hará un gran sonido. En este momento, se encuentra que la junta tórica se ha roto, lo que indica que el rendimiento de sellado de la válvula de bola ha fallado. Se puede ver que en este caso, se recomienda usar una junta tórica con un alto rendimiento de sellado para el sellado del asiento de la válvula, o reemplazar el sello de la junta tórica a tiempo para garantizar el funcionamiento normal de la tubería de la válvula. En este momento, se encuentra que la junta tórica se ha roto, lo que indica que el rendimiento de sellado de la válvula de bola ha fallado. Se puede ver que en este caso, se recomienda usar una junta tórica con un alto rendimiento de sellado para el sellado del asiento de la válvula, o reemplazar el sello de la junta tórica a tiempo para garantizar el funcionamiento normal de la tubería de la válvula. En este momento, se encuentra que la junta tórica se ha roto, lo que indica que el rendimiento de sellado de la válvula de bola ha fallado. Se puede ver que en este caso, se recomienda usar una junta tórica con un alto rendimiento de sellado para el sellado del asiento de la válvula, o reemplazar el sello de la junta tórica a tiempo para garantizar el funcionamiento normal de la tubería de la válvula.

3. Análisis de fallas y métodos de tratamiento.

A través del uso a largo plazo y la práctica de prueba, existen tres factores integrales que causan la falla de la junta tórica.

(1) Incompatible con los medios

En el diseño diario del producto de válvula de bola, la junta tórica seleccionada no es compatible con el medio del canal, lo que causará corrosión, deformación por hinchazón y fractura. Tales problemas afectarán seriamente la calidad de los productos de válvulas de bola. Por ejemplo, para el medio con alta concentración de ácido-base, como ácido nítrico, ácido sulfúrico y cloruro de sodio, la aplicación de juntas tóricas se debe considerar cuidadosamente al diseñar la válvula de bola.

(2) falla por fatiga

En la válvula de bola a prueba de fuego de gas de tres piezas utilizada en la tubería de la válvula de gas. Si la presión de la válvula de bola es de 4,0 MPa y la presión real en condiciones de servicio es de 6,3 MPa, se descubre que el sello de la junta tórica en el anillo de soporte falla cuando la válvula de bola se instala en la tubería de presión y se hace funcionar durante un tiempo. período de tiempo. Después del análisis, debido a que el rango de presión de trabajo real es mayor que el rango de fluctuación del sistema de tuberías, y la presión entre ellos es muy cercana, la frecuencia de apertura y cierre es alta, lo que resulta en la contracción recíproca de la junta tórica y la junta tórica alcanzando el límite de vida especificado. Conduce a la falla por fatiga de las juntas tóricas. Con el fin de garantizar el funcionamiento normal del sistema de tuberías,

(3) Falla por deformación permanente

Entre todos los materiales de sellado utilizados en las válvulas de bola, la junta tórica de goma tiene una dureza relativamente menor que el politetrafluoroetileno (PTFE) y el grafito flexible, pero su resiliencia es mayor que la de los dos primeros. Si se aplica a tuberías de válvulas de alta temperatura y alta presión, el caucho se distorsionará por el calor y la presión, y es fácil que se produzcan deformaciones y fallas permanentes. Si el producto de válvula de bola se utiliza en la tubería de gas natural de baja presión, se selecciona la junta tórica con una dureza de 65 Shore como elemento de sellado. Después de que el producto ha estado en funcionamiento durante un cierto período de tiempo, se extrae la junta tórica del sello del asiento de la válvula y se encuentra que su superficie es lisa, pero su sección transversal ha cambiado a una forma de ranura cuadrada sin elasticidad, lo que da como resultado en fallas graves de sellado. En este momento,

4. Conclusión

En el diseño y desarrollo de válvulas de bola, cuando se seleccionan juntas tóricas como elementos de sellado, se debe considerar exhaustivamente la influencia de las diferentes condiciones de trabajo, como la temperatura, el medio y la presión, y el cambio del entorno de trabajo en las juntas tóricas. En segundo lugar, no se puede ignorar la posición, estructura, instalación y mantenimiento de las juntas tóricas. Solo de esta manera se puede extender la vida útil de las juntas tóricas, mejorar la tasa de servicio de las juntas tóricas y garantizar el funcionamiento normal de los productos de válvula de bola en las tuberías de presión.