Principios de sellado y fugas de válvulas de bola selladas con metal

1.Visión general

La válvula de bola realiza la apertura y el cierre de laválvulacuando la esfera gira alrededor del eje del vástago de la válvula en un ángulo de 90. Se utiliza principalmente para cortar, distribuir y cambiar la dirección del flujo del medio en la tubería. La válvula de bola tiene una estructura simple, buen rendimiento de sellado, tamaños pequeños, peso ligero, bajo consumo de material y tamaño de instalación pequeño dentro de un cierto rango de tamaño nominal. La válvula de bola tiene un par motor pequeño, operación simple, apertura y cierre rápidos y control remoto, y es una de las variedades de válvulas de más rápido crecimiento en los últimos diez años.
 
Según el material de sellado, la válvula de bola se divide en válvula de bola sellada no metálica y válvula de bola sellada de metal. El par de sellado de la válvula de bola sellada no metálica está hecho de materiales no metálicos, que es fácil de lograr el sellado y ya se ha convertido en un producto maduro. El par de sellado de la válvula de bola sellada con metal está hecho de metal, que tiene un rango de aplicación más amplio en el campo de las temperaturas y los medios fluidos y se usa ampliamente en condiciones de trabajo duras. El rendimiento de sellado del metal es difícil de alcanzar el nivel de los materiales no metálicos, especialmente bajo alta presión o altas temperaturas, no se puede evitar la deformación elástica de la bola y el asiento de la válvula de la válvula de bola sellada de metal, y la falla de sellado causada por la deformación elástica es difícil de predecir en la etapa de diseño.
 
2.El principio de sellado.
La esfera de la válvula de bola de muñón se fija en los ejes superior e inferior o en la placa de soporte, y se adopta el asiento de válvula flotante. Bajo la acción combinada de la fuerza del resorte y la presión media, la superficie de sellado del asiento de la válvula de metal se une a la superficie esférica mediante rectificado de precisión para lograr el propósito de sellado. La figura 1 muestra una vista parcialmente ampliada de la pieza de estanqueidad del asiento de la válvula de bola trunnion. Cuando la válvula está en estado cerrado, el fluido es cortado por el anillo de sellado de grafito o la junta tórica. En este momento, el asiento de la válvula está sujeto a la fuerza de precarga del resorte F, la fuerza media G generada por la presión del fluido P, la fuerza de fricción f del anillo de sellado y la fuerza de reacción de la esfera a la válvula. La fuerza de sellado que actúa como fuerza de sellado es la fuerza resultante a la derecha (F+G-f). El sellado se logra cuando la presión específica de sellado generada por la fuerza de sellado es mayor que la presión específica necesaria para el sellado.
 

Figura 1 Diagrama de la estructura de un asiento de válvula de bola de muñón sellado con metal típico
 
3.El análisis de la causa de las fugas.
A través del análisis del principio de sellado, las principales razones de la fuga de la válvula de bola de muñón sellada con metal son las siguientes:
(1) Fugas en juntas tóricas o anillos de sellado de grafito.
(2) El grado de pulido entre la superficie de sellado del asiento de la válvula y la superficie esférica no es suficiente y el par de sellado no coincide.
(3) La esfera no es redonda o la superficie de sellado es áspera.
(4) La resistencia insuficiente de las esferas, los asientos de las válvulas y los ejes fijos provoca deformaciones plásticas.
(5) La deformación elástica de la bola y el asiento de la válvula bajo la presión del medio hace que el par de sellado se despegue.
 
Para las primeras cuatro causas de fugas, los fabricantes generales tienen experiencia en el manejo de ellas y es relativamente fácil resolverlas. Sin embargo, la quinta causa de fugas no es fácil de descubrir, especialmente bajo alta presión o altas temperaturas. Hay un buen efecto cuando se realiza la prueba de sellado de gas a baja presión. Cuanto mayor sea la presión, mayor será la fuga. Sin embargo, cuando se libera la presión, la esfera y el asiento de la válvula vuelven a su estado original, y se califica la redondez de la esfera y el ajuste de la superficie de sellado. En este caso, generalmente se supone que la junta tórica o el anillo de grafito en la parte posterior del asiento de la válvula tienen fugas, y a menudo se ignora la deformación elástica asíncrona de la bola y el asiento de la válvula bajo alta presión o altas temperaturas, lo que resulta en el pelado. de la superficie de sellado. La deformación elástica es compleja y la cantidad de deformación de las diferentes partes es diferente, por lo que no se puede calcular directamente. Generalmente, necesita ser analizado y verificado por medio de simulación de elementos finitos por computadora. Tomando como ejemplo las válvulas de bola de muñón selladas con metal NPS2-CL2500, los parámetros principales son los siguientes:
 
Materiales de las esferas: F304+NI60
Materiales de asientos de válvulas: F304+NI55
Diámetros de esferas: φ90mm
Diámetros de paso: φ42mm
Diámetros interiores de las superficies de sellado: φ54 mm
Diámetros exteriores de las superficies de sellado: φ62 mm
El diámetro exterior del asiento de la válvula bajo la fuerza del medio: φ68mm
El diámetro exterior de pequeños pasos de asientos de válvulas: φ58.6mm
El diámetro exterior de grandes pasos de asientos de válvula: φ88mm
Fuerza de resorte: 1100N