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        低溫調節閥閥座軟密封特性研究(Ⅱ):低溫密封性能及綜合對比分析

        稿件來源:北京理工大學學報 Transactions of Beijing Institute of Technology 2015年05期  作者:張寧 點擊:633次 發布時間:2019-11-8
         
        【摘要】

        采用聚合物PTFE、PCTFE和PEEK作為低溫調節閥閥座的軟密封材料,在液氮溫區(77K),研究閥座漏率與密封比壓和工作壓力的關系,分析了采用不同軟密封材料時閥座密封性能對壓力和溫度的穩定性.在此基礎上,綜合對比分析了采用不同軟密封材料的低溫閥在常/低溫、低/中壓工況下的密封性能以及應用特點.在常溫低壓工況下,采用PTFE和PCTFE軟密封材料的低溫調節閥具有優異的閥座密封性能,但是在中高壓時,采用PCTFE軟密封材料的低溫閥閥座密封性能更加穩定.相對而言,在低溫工況下,采用PEEK軟密封材料的低溫閥閥座具有相對較高的密封性能和穩定性.


        【正文試讀】

        近年來,隨著高技術的發展,涉及到低溫環境應 用的重大裝置越來越多,對大型低溫制冷設備的需 求不斷增加,對低溫系統的可靠性、適應性、穩定性 和自動化程度要求越來越高[ 1 -3].因此研究低溫系 統的自動化控制,實現低溫系統安全穩定運行,是大 科學工程等科研裝備應用和發展的重要保證,具有 非常重要的科學和實際意義. 

        氣動低溫調節閥(工作溫區在20K 以下)是大 型低溫系統中的最重要的執行部件,在整個制冷系 統中對流體進行調節和控制,其需求數量非常大,如 LHC(歐洲大型核子對撞機)低溫系統中氣動低溫 調節閥的使用量達到上百個.同時,液氫/液氦溫區 的低溫閥是重大科學工程的必須設備,也關系到國 防科學技術的發展和安全. 為了提高低溫調節閥運行穩定性,響應快速性, 密封性能和工作壽命,國外低溫閥閥座密封一般采 用非金屬材料的軟密封,密封材料一般要求在液氦 溫區仍具有延展性,以保證其低溫密封性能. 

        根據不同的工況環境需要,國外學者采用不同的 密封材料,滿足閥門在低溫下的密封要求.Kimura和
        Ohhata [ 4]為了滿足高能加速器超導磁體系統中低溫 減壓閥的密封需要,采用PEEK材料作為閥座密封材 料,在液氦溫區(4.2K)時,漏率為4.5×10-7 kg /s; Miller和Brisson[ 5]設計測試的低功耗閥,采用PCT - FE材料作為閥座密封材料,在液氦溫區時,漏率為 0.2μmol /s;Weilert和 Hahn[ 6]采用專用的復合塑料 作為低溫流體控制閥的密封材料,在液氦溫區時,漏 率為3×10-8scc /s;Cha govets和Rudavets [ 7]采用Tor - lon作為低溫閥的密封材料,在液氮溫區(77K)時,低 溫閥測試沒有明顯的氣泡泄露.

         根據上述分析,PTFE、PCTFE、和PEEK[ 8 -9]等高 分子聚合物材料在液氫/液氦溫區仍具有較好的延展 性,可以滿足低溫閥的低溫密封性能,其中PEEK具 有優異的抗核輻射能力,是核工業(熱核裂變)中常用 的低溫密封材料[10].

        本文針對采用這3種密封材料 的低溫調節閥閥座軟密封性能展開研究,基于第Ⅰ部 分常溫密封性能的基礎上,考慮到如下3個方面: ① 國外成熟產品公司 VELAN和 WEKA低溫調節 閥相關閥座軟密封性能的測試溫度為液氮溫區 ( 77K) [ 11 -12];② 低溫調節閥閥座軟密封性能實驗持 續時間較長,液氦溫區(4.2K)實驗成本較高;③ 非金屬材料在液氦溫區和液氮溫區的延展性變化不大,對 密封性能影響較小.研究在液氮溫區,低溫調節閥閥 座軟密封性能,包括密封比壓和充氣壓力對閥座漏率 的影響,并綜合比較采用不同密封材料的閥座常/低 溫密封特性以及在低溫調節閥上的應用.


         
         
        【關鍵詞】:低溫閥; 軟密封; 漏率; 液氮溫區; 穩定性
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