热密封性（精选7篇）
热密封性 篇1
1前言
1.1 PTT简介
PTT是聚对苯二甲酸丙二醇酯的英文缩写,其结构简式为:
它是由对苯二甲酸二甲酯(DMT)或对苯二甲酸(PTA) 和1,3—丙二醇(PDO)聚合而得的聚酯树脂。PTT具有良好的电气性能、机械性能和尺寸的稳定性。PTT纤维保持了PET纤维优良的抗皱性和耐化学性,强度满足纺织要求。优异的染色性能对纤维纺织品的染整加工具有极大的吸引力。
1.2 POE简介
POE是美国Du Pont Dow化学公司于1994年采用限定几何构型茂金属催化剂技术推出的乙烯/ 辛烯共聚物,基本结构如下[1]:
POE良好的力学性能和流变性能,加工性能优越,韧性好, 使其在工程塑料的增韧和抗低温的改性中备受关注。
2实验部分
2.1实验原料
POE-g -MAH,SWR-3A,马来酸酐接枝率0.8%,MI190/2160=2.5 ~ 4.0 g/10min,沈阳四维高聚物塑胶有限公司。
PTT,熔点225℃,[η]=0.9 d L/g(25℃,苯酚/ 四氯乙烷混合溶剂测定),美国SHELL公司。
2.2仪器设备
热重分析仪(TG),Pyris6,美国PE公司。
毛细管流变仪,XLY- Ⅱ型,毛细管长度40mm,直径 φ1mm, 吉林大学科教仪器厂。
2.3试样制备
POE/PTT共混材料的制备方法如图1所示,其中POE- g -MAH质量百分比分别为0、5%、10%、20%、30%、40%、 100%,分别标记为S1~S7号样。
2.4材料表征
2.4.1共混物热降解性能
采用热重分析仪,试样在氮气保护下进行测试,样品质量10 ~ 20mg,氮气流量20m L/min,样品从30℃升温到700℃, 升温速率20℃ /min,记录样品的热失重行为。
2.4.2流变性能
用毛细管流变仪测试不同共混样品的流变性能,样品用量1.5g,测试温度235 ~ 250℃,剪切应力范围为20 ~ 150k Pa。 将样品加入毛细管后,加热到测试温度恒温10min,然后在不同压力下测试其流变性能。
3结果与讨论
3.1共混物热降解性能
经过升温降解过程,共混物体系的TG谱图如图1所示, 从图1得到共混物体系的降解参数列于表1中。从表1可看到: 纯PTT的初始分解温度是386.4℃,当POE-g-MAH的含量为5% 时,体系的初始分解温度为388.7℃,比纯PTT升高了2.3℃, 这说明5%POE-g-MAH使共混物体系的热稳定性增强。体系中5%的POE-g-MAH与PTT生成的POE-g-PTT大分子,使体系的热稳定性升高;当POE-g-MAH的含量为10% 时,体系的初始分解温度为387.4℃,比纯PTT升高了1.0℃,也使体系的热稳定性升高。但较5% 体系热稳定性下降。这说明5% ~ 10%POE-g -MAH已经达到饱和状态,即更多的POE-g - MAH部分不再与PTT反应生成大分子,从而热稳定性不再升高甚至降低。而从Tmax数据可以看出,Tmax值随着POE-g- MAH的含量的增加先增大后减小,POE-g -MAH的含量为5% 时Tmax最大。以上结果说明:含5% ~ 10% 的POE-g-MAH的共混体系具有最好的热稳定性。
3.2流变性能
3.2.1熔体流变特性数据处理[2]
熔体表观粘度(ηa)可由Hagen-Poiseuille方程表示:
熔体在管壁处的剪切应力为:
熔体在管壁处的剪切速率为:
式中∆ P―毛细管两端的压力差,Pa
R―毛细管半径,m
L―毛细管长度,m
Q―毛细管的体积流量,m3/s
3.2.2共混物组成对熔体流变行为的影响
240℃时,分别在不同剪切应力和剪切速率下测定各混合体系熔体的流变行为,数据处理后得到不同熔体的流变谱图, 如图2所示。共混样品的表观粘度与剪切速率的关系如图3所示。由图3可知,所有试样的表观粘度随剪切速率的增加而降低,出现剪切变稀现象,为假塑性流体[3]。
由图2和图3可以看出,在剪切应力较小时,与呈线性关系,流体服从牛顿粘性定律。随着剪切应力和剪切速率的增加, 各试样的熔体均偏离牛顿流体性质,但试样的组成不同,对剪切应力和剪切速率的敏感性不同。
由图3可以看出,纯PTT熔体在剪切速率较低时表观粘度变化不大,在高剪切速率时表观粘度会迅速降低,假塑性明显,这可以用大分子链的解缠结理论进行解释,即当剪切力增大时,剪切速率也会相应地增加,部分缠结点被解开, 缠结点的浓度相应降低,导致熔体的粘度降低,流动性变好。 当加入不同比例的POE-g-MAH以后,各共混材料的熔体表观粘度均明显高于纯PTT的表观粘度,且随POE的含量的增加而逐渐升高,这说明POE-g-MAH的加入改变了体系的分子结构和分子间相互作用。但是,不同剪切速率对融体的表观粘度的影响不同:在低剪切速率时,共混物融体的表观粘度随着POE-g-MAH含量的增加而逐渐增加;在高剪切速率时, POE-g -MAH含量为10%的样品的表观粘度要低于含量为5% 的样品的表观粘度。这是由于高的剪切速率作用下,此组成的共混体系对剪切速率变化更为敏感,可能是由于10%的POE- g -MAH对于PTT已经达到饱和,多余的POE形成自聚集相, 形成“海岛”结构,而该聚集相对于高剪切速率更为敏感。
由此可知,当POE-g-MAH含量较低时,即5%和10%, 几乎所有的-MAH都以化学方式与PTT键合,高剪切速率时不会破坏他们之间的作用。而当POE-g-MAH含量达到20% 时, 部分会以物理键合的方式与PTT结合,而这种结合是不稳定的,当外力较大,即剪切速率很大时,这种结合力会被破坏, 缠结作用减弱,部分POE-g-MAH会分散到体系中,起到了增塑剂的作用,使共混物的粘度快速降低。
4结论
1)热重分析表明,POE/PTT共混物热稳定性随着POE含量的先增加后降低,含5%的POE-g-MAH的共混体系具有最好的热稳定性。
2)流变实验结论:POE/PTT共混物熔体为假塑性流体, 表观粘度随剪切速率的增加而降低。当POE-g-MAH含量较低时,即5%~ 10%,几乎所有的-MAH都以化学方式与PTT键合,高剪切速率不会破坏他们之间的作用。而当POE-g- MAH含量达到20% 时,部分会以物理键合的方式与PTT结合, 而这种结合是不稳定的,剪切速率很大时,混物的粘度快速降低,起到了增塑剂的作用。
参考文献
[1]Dupont Dow弹性体公司.聚烯烃弹性体ENGAGE.Polyfi le,1996,33(8):76.
[2]何曼君,陈维孝,董西侠.高分子物理[M].上海:复旦大学出版社,2002,107-125.
[3]闰明涛,姚晨光,宋洪赞,等.PEN短纤维增强PTT共混材料的流变性能及力学性能[J].高分子材料科学与工程,2003,19(1):175-179.
气缸密封性检测与故障诊断 篇2
一、气缸密封性对发动机工作的影响
要想保证发动机缸内压力正常并有足够的动力输出, 首先应该保证气缸密封性。汽车发动机密封结构主要包括气缸垫、气缸体、气缸盖、气门和活塞组等部件。
气缸密封性差可导致汽车加速不良, 发动机起动困难甚至不能起动, 车辆爬坡能力下降, 很难达到最高车速, 同时, 出现排烟增多且有异常气味, 燃油与机油消耗增加等故障现象。气缸密封性的评价指标有进气管真空度、气缸漏气率、曲轴箱窜气量等, 可通过测量气缸压缩压力来进行检测。
二、气缸压力检测与故障诊断
1.检测及诊断问题分析
活塞到达压缩行程上止点时的燃烧室压力就是气缸压缩压力, 气缸密封性好坏可以通过测量气缸最大压缩压力进行判定, 主要工具是气缸压力表。分析检测结果数据, 可以参考以下规律。第一, 压力偏低出现在相邻两缸, 而其它缸表现正常, 可主要考虑缸盖螺栓未拧紧, 或者是相邻两缸垫漏气所致;第二, 在2~3次测量中, 有的气缸压力读数忽高忽低, 这说明存在气门关闭不严问题;第三, 当压力读数偏低情况出现在一缸或数缸中, 利用火花塞或喷油器孔注入粘度较大的润滑油20~30mL, 再次测试, 如果气缸压力没有上升, 则说明存在气门关闭不严的情况;第四, 当压力读数偏高存在于一缸或数缸中, 同时车辆行驶中有过热或爆震现象出现, 这往往是由于经过多次大修缸径加大致使压缩比改变的原因, 或者是积碳过多的原因;第五, 需要注意的是, 不同车型发动机, 其压缩压力的标准值也是不同的。
2.诊断方法与步骤分析
诊断方法分析如下:首先, 空气滤清器需要拆下, 把节气门、加机油口盖和散热器盖打开, 在压缩空气气源上的一头接上一条3m长的胶管, 在火花塞或喷油器孔内把另外一头用锥型橡皮头插入。确定被测气缸活塞的压缩上止点位置则是通过摇动发动机曲轴实现。然后, 变速器挂入低速挡, 驻车制动器需要拉紧, 打开空气压缩开关, 仔细听发动机漏气声。进气门关闭不严密时, 会在进气管口处出现漏气声;排气门关闭不严密时, 则会在排气消声气口处出现漏气声;气缸衬垫不密封造成气缸与水套相通时, 则会在散热器加水口处看到有气泡冒出;气缸活塞配合副磨损严重时, 则会在加机油口处听到漏气声。
三、气缸漏气量的检测与诊断
检测气缸密封性还可通过对气缸漏气量的检测来验证。在进行检测时, 需要发动机停止运转, 被检测气缸的活塞处于上止点位置。方法是将有一定压力的压缩空气从火花塞或喷油器孔充人气缸, 然后检测压力变化。这里以QLY—I型气缸漏气量检测仪为例进行说明, 其结构主要由充气嘴、快换管接头、橡胶输管、校正孔板、进气压力表和油压阀组成。另外, 还应该配有带指针和定位盘的外部气源和活塞位置指示器。
1.检测方法
第一, 发动机预热至75~85℃的正常工作温度;第二, 利用压缩空气把火花塞孔上的灰尘吹净, 然后把所有火花塞都拧下, 把充气嘴装上;第三, 在仪器出口完全密封的情况下, 让仪器接上气源, 进气压力可通过调压阀调节, 满足测量表指针指向刻度0.4MPa的要求;第四, 活塞位置指示器在分电器盖卸下以后进行安装, 第一缸跳火位置应该对着分火头, 此时, 一缸进排气门均处于关闭位置, 一缸活塞达到上止点, 然后进行定位盘的转动, 满足刻度l对准分火头尖端的要求;第五, 变速器挂入高速挡, 拉紧驻车制动, 这样能够防止压缩空气推动活塞而使曲轴转动;第六, 快换管接头在一缸充气嘴处接上, 然后向一缸充气, 气缸的密封性则通过测量表上的读数反映。充气的过程中, 可以检查润滑油加注口、散热器加水口、排气消声器口、空气滤清器处是否存在漏气现象。第七, 确定活塞上止点位置可通过摇转曲轴实现;第八, 其余各缸的漏气量同样通过上述方法进行。为保证检测结果可靠, 需要重复对于各缸进行检测。
2.故障诊断
测量表气压指示≥0.25MPa, 说明气缸密封良好, 测量表气压指示< 0.25MPa, 说明气缸密封性较差, 这时, 诊断故障部位可以采取相应的辅助方法。第一, 当气缸排气门与气门座密封不良时, 表现为消声器处有漏气声;第二, 气缸盖衬垫漏气时, 表现为散热器加水口在正常水温下有气泡冒出;第三, 当相邻两缸之间的缸垫烧穿漏气时, 则相邻缸火花塞处可听到漏气声;第四, 当漏气声出现在由曲轴箱加润滑油孔处, 此时, 应该把被检测活塞从压缩上止点摇到下止点, 检查相关漏气声的变化, 而判断气缸的磨损状况。
四、评价发动机状况
发动机的状况评价需要在气缸压缩压力测试之后, 再进行相关的功率平衡、真空度以及气缸泄漏等检测之后进行。比如, 在发动机的压缩较好的状态下, 出现的较大泄漏, 说明车辆行驶里程较长, 发动机活塞环产生一定的磨损, 此时, 发动机也存在油耗过高、动力性较差、功率不足和窜气过多等故障现象。
压缩压力和泄漏检测对于行驶里程相对较短的发动机也是这样的结果, 分析原因, 则可能是由于活塞环出现粘着不能正常膨胀。要解决这样的问题, 应该对发动机的燃烧室进行清理, 更换机油, 冲洗发动机。要是问题依然不能解决, 需要对发动机进行解体处理。
当所有气缸都存在气缸压力较低, 且具有很小的泄漏量时, 可能是因为配气机构的故障。存在不能在正确时刻开启气门, 或不能完全开启气门, 或是根本不能开启气门等情况。打开气门罩, 通过运转发动机, 可以在经过观察气门运动的基础上进行故障确认。当出现一个或多个气门不运动时, 可判断是挺杆损坏或凸轮凸起磨损过度所致。
气门的修理与密封性检查方法 篇3
一、气门杆部的修理
1. 气门杆的矫直。
当气门杆直线度大于0.02 mm时应予以矫直, 大于0.2 mm时应报废。矫直方法:在专用的V形架上, 使凸面向上, 用手动压力机压矫。压矫时为10倍直线度, 压下并停留2 min。直线度矫正到0至反弯0.02 mm之间, 即可停矫。为避免压坏表面, 可垫铜片。
2. 气门杆的重磨。
气门杆磨损后, 可在无心磨床上重磨, 使直径减小至比修理尺寸和名义尺寸小0.25 mm和0.50 mm。装机时, 需配用减小孔径的导管。杆部直径公差应与原厂制件公差相同, 直线度小于0.02 mm, 圆柱度误差小于0.01 mm (在100 mm长度内) , 表面粗糙度Ra0.8μm以下。今后, 这一修理方法将被更换新件的方法代替。
3. 气门杆的镀铬修理。
重磨法修理需同时配用修理尺寸的导管并备有相应的铰刀。在磨损不严重时, 可以用镀硬铬 (或松孔镀铬) 的方法恢复气门杆的原始尺寸。镀铬时, 应留有磨削余量, 镀后将直径磨至原厂要求的尺寸。
二、气门杆端的修理
1. 杆端磨平。
气门杆端如被摇臂或挺杆螺钉磨凹时, 可磨平, 但累积磨低量不宜大于1.5 mm (因为杆端淬硬层厚度下限为2 mm) 。
2. 镀铬修理。
对于磨损较重、硬度偏低的气门采用局部镀铬修理方法较好, 镀后不必重磨, 只用00号细砂纸抛光即可。对于杆端多次重磨的气门也宜采用此方法恢复。
三、气门头部修理
1. 气门头部歪曲的冷矫。
在专用的胎模中, 以手压床冲头压平气门顶面。矫后应检查颈部是否有裂纹。
2. 气门锥面的磨削。
磨锥面的加工通常在气门锥面磨光机上进行, 具体操作方法是将气门夹在夹头上, 并按照气门锥面角度数扳动夹头座, 使座上刻线对准床面标尺上的相应刻度。按下工件旋转按钮, 使气门旋转。察看气门头部外径是否摇摆, 如摆动较大, 应重新矫正气门头部的歪曲或气门杆的直度。
按下电钮, 启动砂轮电动机。一手转动纵向进给手柄, 另一手操纵横向移动手柄。磨削时, 进刀量应小 (由纵向进给控制) 磨至出现完整的锥面为止。宜使用冷却液, 以提高光洁度, 并防止过热。检查气门头部厚度及直径大小。当厚度小于0.8 mm时, 应磨小气门头部直径, 但不得小于规定尺寸, 否则应报废气门。
四、气门研磨
柴油机在使用过程中, 若气门与气门座之间的密封锥面损坏严重, 造成漏气的, 就需要修磨。修磨前应先清理气门、气门座与气门导管表面的积碳及其它污渍, 并清洗干净。检查气门导管与气门杆部之间的配合间隙, 使它合格。在此基础上, 才能车或磨气门锥面, 并铰削气门座锥面, 然后进行研磨;若密封锥面损坏较轻的, 可直接研磨。研磨方法如下:
1. 在气门锥面上涂一层薄薄的粗研磨砂 (凡尔砂) 或沿锥面均匀地点几点粗研磨砂, 将气门杆上涂一层润滑油插入气门导管内。最好用一软垫套在气门杆上, 防止研磨时研磨砂漏到气门导管内, 破坏了气门杆和气门导管之间的配合。
2. 用研磨专用工具的皮碗吸住气门大头平面, 手搓工具木杆, 边左右转动、边上下拍打, 并适时地向一个方向转动一下气门, 使研磨均匀。
3. 待研磨出一个完整无缺陷的环带后, 清洗粗研磨砂, 换上细研磨砂, 重复上述研磨动作, 直到研磨表面出现一条整齐无光泽的灰色环带为止。环带宽度不宜超过2 mm。
4. 彻底清洗研磨砂后, 一定要在气门锥面上涂一层清洁的润滑油, 再研磨几分钟才算结束。研磨后的气门与气门座必须成对配套使用, 不可互换。
五、气门密封性的检查方法
气门研磨后, 检查其密封性能的方法有如下几种。
(1) 目视检查法:气门研磨后在其接触面上出现有光泽的线圈时, 将气门与座口用汽油洗净晾干, 装回气门轻拍数次, 然后取出察看气门和气门座工作面, 如有明亮而完整的光环而无斑点时, 即可认为已达密封的要求。
(2) 铅笔划线检查法:在气门接触面宽度符合要求时, 用软铅笔在气门工作面上每隔4~5 mm均匀地划上若干道线条, 使气门工作面和与其相配的气门座的工作面接触, 并转动气门1/4圈, 取出气门, 检查气门锥面上的铅笔线条, 如中间全部被均匀切断, 则表示接触良好, 密封可靠。
(3) 红丹油鉴别法:在气门工作面上淡淡地涂抹一薄层红丹油, 将气门压在座圈上旋转1/4圈后取出。如气门被刮去的红丹油布满阀座接触面且无间断现象为合格。
(4) 液体检验法:将缸盖放平, 燃烧室朝上, 将洗净后的气门插人导管, 倒入煤油 (或侧放时从进排气道倒入) , 若5 min内无渗漏现象, 即可表明气门密封性能良好。
柴油机汽缸密封性的简单检查 篇4
以S1100型柴油机为例, 在没有汽缸压力表的情况下, 检查单缸柴油发动机汽缸的密封性。
先把柴油机固定牢固, 油门放在停油位置。在不减压的情况下, 用启动手摇柄摇转发动机曲轴进入压缩行程, 再继续加力摇转曲轴。若感到后半行程对启动手摇柄有很强的反弹力或冲击力并不能继续摇转时, 说明汽缸密封性良好;若在压缩行程加力时, 感到压缩阻力增加, 但可继续摇转, 能克服压缩阻力越过压缩上止点, 说明汽缸密封性差。
如果汽缸密封性差就进一步检查, 是气门密封不严还是活塞缸套等机件磨损。如果在进气管或排气管处听到漏气声, 说明进、排气门与气门座密封不严。若进气管、排气管处没有听到漏气声, 说明活塞、缸套、活塞环磨损或活塞环出现对口等。修理时, 可根据检查结果, 有针对性的进行修理。
有关超低温球阀密封性的探讨 篇5
1超低温球阀
为了方便的运输和使用天然气等燃料气体, 超低温球阀是其关键的配套设备, 能将天然气液化等燃料气体压缩, 进而降低了气体燃料危险事故发生的可能性。超低温球阀的设计和选用主要考虑流通介质、安装方式、流量特性、压降、流通能力、工作寿命等多方面因素。主要通过非金属和金属组成软密封结构, 实现彻底密封, 阀体内通道平滑, 无阻碍, 便于输送流体或气体。在所有阀门中, 球阀的流阻最小。因此, 在石化行业中对低温球阀门的应用比较多, 这就对超低温球阀密封性提出了非常高的要求。
1.1超低温球阀的一些应用
超低温球阀因其具有密封性好、可靠性高、流体阻力小、阀体内通道平整、寿命长、开关迅速等优点, 目前已经被广泛应用于石油、化工、钢铁、采矿、造纸、医药、装药、涂料以及食品等众多与生活实际相关联的领域中。但是超低温球阀目前主要应用于液化石油气、液化天然气等易燃易爆、易发生气体膨胀的液化石油产品中。此外, 超低温球阀在航空、航天等领域具有重要用途和发展前景。
1.2国内外发展现状
随着现代科学技术以及化工业的快速发展, 阀门在耐低温方面的应用越来越广泛, 目前国内外对于超低温球阀的研究工作也在不断的前进着, 以满足现代工业化的快速发展。现阶段, 已经研究处的超低温球阀种类有很多, 其本质区别在于球阀各自所采用的密封材料不同, 或者密封方式不同。目前, 主要应用的超低温球阀主要采用非金属与金属结合的方式使阀座与球形关闭件表面配合更好。不仅具有很好的流量控制特性, 还能避免出现停滞和卡死现象的发生。目前阀最主要的阀座密封材料就是聚四氟乙烯, 这种密封材料具有适用温度范围广、性能稳定、不易老化、密封性能优良且摩擦系数小的特点, 能够满足在低温、低压条件下对于密封性的保证。但是, 随着应用的范围越来越广, 不足之处也开始逐渐显露出来, 例如当密封材料变硬时, 密封的可靠性就受到破坏。因此, 超低温球阀密封性研究还有待进一步加强和完善。
2密封性研究的必要性
近年来, 随着现代科学技术以及化工业的快速发展, 阀门在耐低温方面的应用越来越广泛, 这也对球阀低温密封性能的要求越来越高。密封性作为球阀在给定的温度范围内可靠地工作的关键因素, 对于气体燃料的安全系数具有重要保障。目前, 随着低温球阀在液化天然气安全控制、海洋石油平台以及长输管线物料输送等方面的广泛应用, 现有的技术已经不能满足需求。例如, 目前在液化天然气领域, 最低温度要求达到-163°C, 而在液态氮应用领域最低温度要求达到-196°C, 这就低温球阀提出了更高的要求, 而现有的低温球阀技术在材料和密封结构上都会随着温度的降低而会出现内漏现象, 已经不能保证将安全系数控制在可控的范围内, 从而增加的危险事故的发生概率。因此, 要实现低温球阀在低温状态可靠性和密封性, 不仅要在设计结构方面入手, 还应该选择耐用、安全系数高的材料, 并且加大实验测试力度。
3展望
未来, 随着国内市场的放开、国家重大工业设备的突破和装置关键技术的突破, 超低温球阀门的市场需求正逐年上升, 超低温球阀因其使用环境和使用介质的特殊性将会在结构设计与材料选用上有着更加显著突出的不同特点。首先, 在超低温球阀的主件设计方面, 其气密性能在低温环境下会越来越好、低温条件下所需要的冲击韧性和相对延伸率等机械性能将会越来越高、低温介质防爆性以及低温条件下的耐磨性和耐蚀性将得到更深层次的提升。其次, 在材料选择上, 材料必须有足够的低温冲击强度, 以避免发生完全损坏或者断现象。再次, 在绝热层的设计上, 应该在超低温球阀壳体外设计多层绝热层, 从而阻止工作介质与外界的热交换, 进而防止发动机不能正常工作等类似问题的发生, 增强可靠性设计。
4结语
随着液化天然气的应用越来越广泛, 以及国内市场的放开、国家重大工业设备的突破和装置关键技术的突破, 超低温球阀门的市场需求正逐年上升, 因此, 对其安全性能的要求也会越来越高, 对超低温球阀结构设计还会不断地提出更高的要求。这就要求在未来超低温球阀的设计过程中对材料的检验、低温性能试验、结构设计等多方面进行更紧的设计以满足超低温球阀对密封性的要求。这样才能保证系统的安全运行、满足超低温固定球球阀在功能、及可靠性、安全性等方面满足工况的要求。同时还能减少对环境的污染和危害以及对人身的伤害, 降低危险事故发生的可能性。
摘要：随着经济的快速发展, 石油和煤炭等固体能源不断减少, 价格不断攀高, 而且对环境也有着极大的负面影响, 从而环保、高效的天然气开始被人们大量使用。为了方便运输和使用, 需将天然气液化压缩, 而超低温球阀是其关键的配套设备, 它的性能受到了大家的关注。该研究主要对超低温球阀的概念进行了阐述, 并分析了当前国内外超低温球阀密封性的研究现状, 提出了超低温球阀的密封性的必要性。
关键词：超低温球阀,密封性,设计展望
参考文献
[1]滕磊军, 成清校, 施晓丽.低温球阀球体测量技术研究[J].机电产品开发与创新, 2012 (1) :150-153.
热密封性 篇6
随着火力发电厂烟气污染物排放标准的不断提高,湿法脱硫系统已成为烟气净化处理系统的标配之一。为了满足节省投资、简化系统及减少占地的需要,在引风机后设置增压风机的工程越来越少,一般通过增加引风机压头来克服脱硫塔及湿式除尘设备的阻力。引风机后的烟道为正压运行,运行压力主要根据脱硫装置和湿式除尘装置的阻力确定,引风机出口的原烟道烟气压力一般在2 200~2 800 Pa之间。
对于母管制烟气系统,一般采用烟气挡板门与母烟道之间进行隔离,烟气挡板门为百叶窗式双挡板门,中间设置密封空气系统,按零泄漏设计。根据烟气腐蚀性情况,原烟道挡板门一般采用碳钢及不锈钢材质,净烟道挡板门采用专用镍基合金材料(DIN1.4529或C-276)。净烟道挡板门由于靠近烟囱底部,该位置烟气压力一般为微负压或微正压,较容易隔离避免烟气反窜;原烟道挡板门靠近引风机出口,烟气压力较高,如果挡板门密封效果不好,有压烟气容易泄漏到停运的锅炉烟道及脱硫塔内,热烟气在泄漏倒流过程中将逐渐变冷凝结产生酸液,对设备和管道造成腐蚀并集聚在管道或设备的低点。热烟气的不停倒流还会导致设备无法进人,影响引风机、除尘器、脱硫塔等设备的检修。
典型的两台锅炉脱硫母管制烟气系统如图1所示,通过母管制烟气系统,两座脱硫塔可以实现互为备用。
在我公司承接的设计及EPC项目中,有几个项目均出现了脱硫挡板门密封不严密的情况,因在后期试运行才能发现,此时想要整改已非常困难。
1 密封原理
脱硫挡板门一般采用双层百叶窗型式,每层百叶窗由多片挡板组成,在每片挡板上配有密封元件,在挡板门关闭时,挡板与挡板之间、挡板与框架之间通过密封元件实现弹性接触密封。同时,为了提高挡板门的密封效果,还向两层百叶门之间的空腔内吹入密封风,其压力应比烟道内压力大500 Pa以上,以高压风阻挡烟气的反窜,从而达到密封的目的。
为了防止密封风与烟气之间的温差引起挡板及密封元件变形,也为了避免热烟气碰到冷密封风结露产生酸液从而腐蚀挡板门,需要对密封风进行加热。通常采用电加热装置作为加热源,考虑节能的因素,也有采用蒸汽加热器或直接利用一次热风作为密封风的方案。空气加热器加热温度一般都高于100℃,从而使热空气与烟气混合后的温度高于酸露点温度。
2 密封不严的主要原因
2.1 叶片(密封元件)间隙过大
由于技术及成本的原因,目前工程中挡板门采用的密封元件很多都是金属弹性条,根据烟气腐蚀性情况,金属弹性条有不锈钢、专用镍基合金材料等材质,由薄板加工制作。金属条和挡板之间采用弹性线性接触密封。
挡板门在工厂制作完成及出厂检验时,叶片间隙一般是没有太大问题,密封性能有一定保障。但在运输、安装过程中,容易出现挡板门框架的变形,特别是有些厂家为了节省成本,对挡板门框架偷工减料,导致框架强度、刚度不够;同时,在原烟气的较高温度下,金属条容易产生变形;双层挡板结构,积灰部位较多,积灰增多也会引起弹性密封片不能完好地同相邻的挡板接触;如果挡板门执行机构是在现场组装,还要注意执行机构行程与挡板门行程是否完全匹配,不能出现执行机构行程已到位,但挡板门并未完全关闭的情况。以上这几种情况都会导致密封元件接触不严密,间隙变大,密封效果显著下降。
2.2 密封风风量小
密封风风量与挡板门尺寸、叶片间隙、叶片上、下端风压、密封风压等参数有关,可通过专门的公式计算得出。
如果密封风风量小,将无法在双层百叶门之间的空腔内形成足够正压的密封风背压,甚至因密封风风压小于烟气压力,导致正压烟气反窜泄漏。
3 对策及措施
3.1 选择合适的密封形式及元件
如采用常规的金属弹性条密封元件,就需要加强对挡板门制造质量的监控,保证挡板门框架的刚度和强度;同时,叶片密封条要安装平整,不能有弧形变形;挡板门关闭时,叶片密封条应与另一个叶片接触严密,缝隙应该在保证范围内。和挡板安装好的金属弹性条如图2所示。
由于金属弹性条容易变形导致密封效果不好,有些挡板门厂家对密封元件进行了研究改良,采用了其他更为高效的密封形式,如半弧形密封结构,如图3所示。
这种密封元件不容易变形,而且由线性接触密封改为面式接触密封,密封效果得到很大提高,但制造成本会上升。
也有厂家推荐采用软密封挡板门,密封元件采用硅橡胶,如有腐蚀介质可采用氟硅胶或丁晴胶,可以在250℃以下正常工作,抗老化、抗撕裂、耐磨损。该密封元件如图4所示。
在中小型火力发电机组中,由于烟道尺寸较小,也有采用插板门隔离烟气。在插板门距离流通烟气较近,没有较长烟气盲端的地方可以考虑采用插板门。但如果插板门关闭后,形成了较长距离的烟气盲端,则不建议推荐使用,因为烟气在盲端因为不流动会逐渐冷却,在末端接触冰冷的挡板门后会结露形成酸液,严重腐蚀烟道及挡板门,最终造成烟道及挡板门的锈蚀泄漏。插板门如图5所示。
3.2 保证安装质量
为避免野蛮施工导致挡板门框架变形,在现场挡板门安装结束后,应进入烟道内进行检查,保证密封条接触的严密性。
现场组装的挡板门执行机构,调试时应检查执行机构与挡板门行程是否一致,挡板门能否关闭到位。
3.3 提供充足的密封风风量
每台挡板门在尺寸形式确定后,密封风风量就主要与叶片间隙关系较大,由于质量、安装、运行等原因,理论计算的风量常常比实际运行所需要的风量小,因此在确定每台挡板门实际风量时要留有一定的余量,避免运行后期密封风风量不够导致烟气泄漏。
密封风一般由单独的密封风风机提供,一用一备,单台风机能满足脱硫系统所有挡板门密封风风量的需要,通过管道连接至各个挡板门密封风接口。风机的选型不应过小,应留有充足的余量。
密封风管道系统虽然简单,但仍要引起重视并优化设计,避免有些挡板门密封风管路过长。管道管径不能选择过小,要保证管道内空气流速在规范规定的范围内(13~25 m/s),建议母管中空气流速取规定的中下限,以减少母管压力损失,避免距离近的挡板门出现抢风现象,导致距离密封风风机远的挡板门密封风风量不足。
4 结语
烟气挡板门由于结构简单、造价不高,因此在电厂烟风系统中往往受重视程度不够,但等到出现问题时,往往很难解决,而且因尺寸及重量大,整改特别困难。在母管制烟气系统中,还会因为其他锅炉运行,挡板门无法隔离导致不能检修,需要等所有锅炉停运后才能抢修,停运锅炉只能靠开启引风机鼓风来避免烟气的反窜。因此,烟气挡板门在工程设计、采购阶段务必要予以重视,特别是要求零泄漏密封挡板门,故建议如下:
(1)对于密封性要求高的挡板门,应选择合适的密封形式及密封元件,减少叶片间的间隙,保证密封质量;应优先考虑面接触式密封形式,虽然挡板门成本升高,但所需密封风风量小,密封效果好,运行成本低。
(2)对挡板门密封风风量进行合理计算及选取,优化密封风管道设计,避免出现密封风风量不够的情况。
(3)加强对挡板门制造质量的控制,保证挡板门的出厂质量。
(4)加强对挡板门现场安装及调试的管理,避免因施工质量原因导致挡板门密封不严。
采用以上措施,应能解决烟气挡板门密封问题。
参考文献
[1]贺朝铸.浅议大型湿法脱硫工程烟气挡板门制造中的问题及对策[J].电力环境保护,2006,22(2):26-28.
热密封性 篇7
汽车水泵作为发动机冷却系统的核心部件, 其密封性对汽车发动机的冷却和散热起着至关重要的作用[1]。发动机新技术 (如新燃烧系统、涡轮增压、低热损、高强化、现代电子及替代燃料等) 的使用, 使得发动机热负荷不断增加, 因此对汽车水泵的密封性提出了更高的要求。汽车发动机水泵的渗漏主要表现为轴承水封强度不足引起的渗漏, 水泵泵体端面与发动机缸体连接处的密封垫渗漏, 以及水泵泵体与底座间的O形密封圈老化导致的渗漏等。
目前, 有学者采用有限元法对Yx形、Y形以及O形密封圈的接触压力、应力应变等进行了分析[2,3], 探讨了压缩率、液体压力等对密封性的影响[4,5], 并对沟槽及挡圈结构进行了优化设计[6,7]。然而, 上述研究都将橡胶的材料参数设置为定值, 均没有考虑温度对材料参数 (如弹性模量、Rivlin系数等) 的影响。本文研究的汽车发动机水泵的工作温度范围较宽 (-40~130℃) , 温度的变化势必会引起材料参数的变化, 进而改变密封圈的结构应力分布, 影响O形密封圈的密封性。因此, 对宽温度域工况下的O形密封圈进行应力应变分析显得十分必要。
本文针对汽车发动机水泵O形密封圈的工况特点, 构建与温度相关的非线性材料模型, 探讨冷却液温度、压力等对O形密封圈接触压力、等效应力的影响, 以期为同类密封件的密封性预测和结构设计提供理论依据。
1 理论模型建立
1.1 几何模型
为了防止水泵泵体与底座结合面出现渗漏现象, 在水泵泵体靠近结合面的矩形槽内加装O形密封圈, 依靠对O形密封圈的挤压变形达到密封的目的。由于O形密封圈为轴对称结构, 因此建立图1所示的二维轴对称几何模型, 将复杂的三维问题简化为二维问题, 以提高求解效率。O形密封圈的直径d=3.1 mm;密封槽的深度h=2.35mm, 宽度l=4.3 mm;槽底过渡圆角半径r1=0.6 mm;槽口过渡圆角半径r2=0.3 mm。水泵泵体的内径R1=15 mm, 外径R2=36.5 mm;水泵底座内径R3=36.65 mm, 厚度b=5 mm。取模型高度L=8.6 mm。由结构参数可知, 密封圈的径向挤压量为0.6 mm, 压缩率为19.35%。
1.2 材料非线性模型及参数
该水泵O形密封圈的材料为三元乙丙橡胶 (EPDM) , 三元乙丙橡胶的超弹性决定了该材料几乎是不可压缩的, 因此可用应变能函数来描述其应力-应变非线性。本文选用两常数的MooneyRivlin材料模型, 即
式中, W (I1, I2) 为修正的应变能密度, MPa;C10、C01为Rivlin系数, MPa;I1、I2分别为第一、第二Green应变不变量。
假设该材料为各向同性, 取泊松比μ=0.499, 可由以下公式得到该材料的弹性模量E、Rivlin系数及不可压缩系数[8]:
式中, H为橡胶硬度, IRHD;E为橡胶弹性模量, MPa;D1为不可压缩系数, MPa-1。
由于该汽车水泵O形密封圈的工作温度范围为-40~130℃, 因此需要考虑温度对密封圈橡胶材料属性的影响[8]:
式中, H为环境温度为t时的材料硬度, IRHD;H0为标准室温 (23℃) 下的材料硬度, H0=85IRHD;t为环境温度, ℃;β为温度修正系数, IRHD/℃。
由文献[8]可知, 当标准室温下材料的硬度为85IRHD时, 温度修正系数β=-0.175IRHD/℃, 代入式 (6) 可求得不同温度下橡胶的硬度。再将硬度分别代入式 (2) ~式 (5) , 即可得到不同温度下三元乙丙橡胶的弹性模量、Rivlin系数及不可压缩系数, 结果如表1所示。
与O形密封圈接触的水泵泵体和底座的材料均为AL6061, 其弹性模量为71 GPa, 远大于三元乙丙橡胶的弹性模量 (表1) , 因此可将水泵泵体和底座简化为刚体进行分析。
2 有限元模型的建立与验证
2.1 有限元模型的建立
利用ANSYS软件建立O形密封圈与泵体密封槽和底座接触的二维轴对称有限元模型, 如图2所示。将密封槽和底座简化为刚体, 单元类型及边界条件如下:
(1) 单元类型。密封圈采用HYPER56轴对称单元, 接触面采用二维面!面接触单元。设定刚性平面为目标面, 采用目标单元TARGET169;密封圈表面为接触面, 采用接触单元CONT-AC172;在密封圈与槽底、槽侧、底座接触的地方共设置三个接触对。采用自由网格划分, 设定智能单元尺寸 (smart sizing) 的等级为2, 共得到986个单元, 893个节点。
(2) 边界条件。分别约束密封圈与槽底、底座初始接触点的y向位移, 使其不发生转动;对右侧底座施加x向的压缩位移-0.6 mm;对密封圈下部施加冷却液压力p (≤0.3 MPa) 。
2.2 模型的可信度评估
由于接触压力的分布呈现高度局域性, 故槽侧的接触压力对槽底接触压力的影响很小, 因此可由槽底的接触压力来判断模型的可信度。由经典赫兹接触理论[9]可知, 弹性圆柱与左右两刚性平面接触, 其最大接触压力为
式中, F为单位长度的压紧力, N/mm;d为密封圈直径, mm;E0、μ0分别为标准室温下橡胶的弹性模量 (MPa) 、泊松比。
由式 (7) 可以得到无液体压力作用 (p=0) 且对刚性平面施加压紧力F=1 N/mm时, 标准室温条件下密封圈的最大接触压力pc的解析解为1.943 MPa;而采用有限元模型得到的数值模拟结果为1.868 MPa, 两者间的误差为3.86%, 可知:采用本模型得出的数值计算结果的误差可控制在5%以内, 按照工程计算要求, 计算结果具有足够的精确度, 且由于数值模拟结果小于解析解, 因此采用数值模拟结果分析密封性更可靠。
3 结果与讨论
3.1 温度对接触压力、等效应力的影响
接触压力是衡量密封圈密封性的关键因素之一。由于冷却液压力作用在密封圈底部, 因此该密封圈的密封性取决于它与左侧槽底及右侧底座之间接触压力的大小。图3所示为冷却液压力p=0.3 MPa、摩擦因数f=0.3时, 不同温度下密封圈左右两侧的接触压力分布。由图3可知:随着温度的升高, 密封圈左右两侧的接触宽度几乎不变, 而最大接触压力均迅速减小, 且接触压力几乎相对于y=0呈对称分布, 略微向y轴正方向偏移。密封圈顶部接触压力及摩擦力的存在, 导致相同温度下密封圈右侧的接触压力略大于左侧的接触压力, 因此右侧的密封性略高于左侧的密封性, 且随着温度的升高, 接触压力减小, 导致密封可靠性降低, 但在极限工况温度时最大接触压力都远高于冷却液的液体压力 (0.3 MPa) , 因此都能满足密封性要求。
图4所示为密封圈最大应力随温度的变化曲线 (p=0.3 MPa, f=0.3) 。由图4可知:左右两侧最大接触压力及最大等效应力均随温度的升高呈幂指数减小, 当温度较低时, 减小的幅度较大, 当温度较高时, 减小的幅度变小。当密封圈在宽温度域工作时, 密封圈所受的接触压力及等效应力均为变应力, 当变应力的幅值增大到一定程度时, 有可能引起密封圈的早期疲劳失效。
3.2 液体压力对接触压力、等效应力的影响
由于该水泵工作时密封圈承受的冷却液压力不超过0.3 MPa, 因此有必要探讨液体压力对密封圈性能的影响。图5所示为摩擦因数f=0.3、温度t=130℃时, 不同液体压力作用下, 密封圈左右两侧接触压力分布。由图5可知:随着液体压力的增大, 密封圈左右两侧的接触宽度变化很小, 而接触压力的峰值均略有增大, 且由于液体压力的作用, 导致接触压力的峰值向y轴正方向偏移。
图6所示为密封圈最大应力随液体压力的变化曲线 (f=0.3, t=130℃) , 由图6可知:密封圈左右两侧最大接触压力均随着液体压力的增大近似呈线性增大趋势。由于左侧最大接触压力始终小于右侧最大接触压力, 因此密封性主要取决于左侧接触压力, 且由于其最大接触压力远大于液体压力, 因此可满足密封性要求。但是左侧最大接触压力增大的速度比液体压力增大的速度小, 因此液体压力的增大将引起密封可靠性下降。再者, 随着液体压力的增大, 密封圈的最大等效应力几乎不变, 说明其强度与液体压力关系不大。
3.3 摩擦因数对接触压力、等效应力的影响
图7所示为冷却液压力p=0.3 MPa、温度t=130℃时, 不同摩擦因数作用下, 密封圈左右两侧接触压力分布。由图7可知:随着摩擦因数的增大, 密封圈左侧接触压力的变化几乎可以忽略不计, 而右侧接触压力的峰值略有增大, 且向y轴正方向偏移。
图8所示为最大应力随摩擦因数的变化曲线 (p=0.3 MPa, t=130℃) , 由图8可知:当摩擦因数为0时, 左右两侧最大接触压力相同;而随着摩擦因数的增大, 密封圈左侧最大接触压力几乎没有变化, 但其右侧接触压力近乎呈线性增大, 导致右侧最大接触压力略大于左侧最大接触压力, 因此该密封圈的密封性主要取决于左侧接触压力的峰值。由于左侧最大接触压力远大于液体压力且变化不大, 故该密封圈具有可靠的密封性, 而摩擦因数对密封的可靠性影响不大。再者, 密封圈的最大等效应力随着摩擦因数的增大先迅速减小, 后缓慢增大, 当f=0.1时, 最大等效应力达到最小值, 此时强度最优。
4 结论
(1) 温度增高将引起接触压力峰值呈幂指数减小, 导致密封可靠性降低, 但在宽温度域 (-40~130℃) 工况下, 接触压力的峰值始终远大于液体压力, 因此该密封圈具有可靠的密封性。
(2) 液体压力的增大虽然会引起接触压力峰值的增大, 但是其增大的速度比液体压力增大的速度小, 因此将引起密封可靠性下降。
(3) 摩擦因数对密封的可靠性影响不大。
参考文献
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