气瓶阀外漏密封式结构设计

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科援专论气瓶阀外漏密封式结构设计王建华埃迈诺冠气动器材 (上海)有限公司 201 1 08摘 要气瓶l-般用于工业、医疗及特种气体用气瓶三种，气瓶阀是使用气瓶时必须的装置。本文根据气瓶阀外漏密封的结构特点，分别对常用的气瓶阀的结构设计进行分析对比。由于膜片是隔膜阀中起密封作用的关键件，其材料选择、形状设计、柔性、刚度及固定方式也须考虑。

关键字气瓶阀；结构设计；外漏密封1.气瓶阀外漏密封方式结构设计1.1填料式气瓶阀该阀阀腔介质与大气之间的密封(即外漏)是靠填料函与阀杆之间贴合紧度来实现的，有橡胶 0”形密封圈和填料函密封。由于填料函有老化问题，加之阀杆加工中有-定的椭圆度，密封性能不十分可靠，不能用于要求抽真空和加热除气的特种气体，只能用于-般工业气体。

填料式结构根据阀头组件的形式不同，有活瓣式、针形式、轴联式和联结式。这几种形式虽都是较为成熟设计，但活瓣式、轴联式、联结式阀头密封面与阀1：3无相对运动(即旋转运动)，阀口不易受损伤，材质也为-软-硬，故内密封更为可靠-些，寿命也可更长-些。针形式阀口则易受损伤，并由此引起泄漏。

另外填料函与 0”形圈二者的比较，由于填料函式与阀杆之间的贴合紧度是靠压盖的压紧力来调节的，-旦填料老化或泄漏，还可用压紧压盖的方法来补救(此时关闭力矩自然要增大)，而 0”形圈则无此选择，只能换新阀。

因此，对填料式气瓶阀阀头组件选用活瓣式，阀杆之间密封选用填料函式压紧方式是较为理想的选择。

1.2.1弹簧式气瓶阀其工作原理 (如图1)所 示，阀杆1O通过压块9驱动膜片8使阀头组件与阀口关闭。当手轮左旋阀杆上升时，由于弹簧力，膜片自身弹力及气瓶内压力使阀头组件升起，阀门开启。该阀设计需注意的主要问题是，阀件材质的合理选择，特别是耐蚀性尤为重要，弹簧弹力旧能足够大。材质多用316L不锈钢，阀头组件(如图2)的阀芯多用具有-定硬 图2阀头组件度的塑料，如聚三氯乙烯、聚酰亚胺、尼龙等，但必须确遍质与其无相容性。

该阀使用中曾出现和存在的主要问题是：(1)弹簧设计力不够或使用时间长弹力下降，膜片不能复位，使阀门打不开。

(2)塑料阀芯硬度不够或与介质相容，关闭后，使膜片超行程产生永图1弹簧式 图3提拉式隔膜阀简圈久变形，使阀门打不开。

(3)相关零件加工尺寸超差，使膜片超过允许的弹性变形范围，产生永久变形，使阀门打不开。

(4)阀件材质选择不当，产生的腐蚀污物将弹簧卡死，膜片不能复位，使阀门打不开。如-用户对HC1介质选用304不锈钢阀体，就曾出现过这-现象。

(5)充不进气现象。这是由于充气压力大干弹簧力(即背压过大)而充气操作时又先打开了进气阀，后开启气瓶阀所致。为此操作时必先开启气瓶阀，后开充气阀，否则还很可能使膜片产生永久变形，使阀门打不开。

(7)由于是平面密封，如果有污物存于密封面，会产生泄漏，必须确保管道气瓶阀腔干净。

1.2.2无弹簧隔膜气瓶阀鉴于有弹簧式结构不时出现和存在各种问题，虽大多为过失所为，但时刻令人担忧，故出现无弹簧结构方案，其又有提拉式和自启式两种。

(1)提拉式隔膜气瓶阀如图 (3)所示，其动作原理是右旋阀杆，使联杆带动与膜片连于-体的阀头向下运动将阀关闭，反之则开启。

该阀主要优点是膜片不会产生永久变形，不会产生打不开现象，开启可靠；行程较大，可达到膜片厚度的2倍。设计中主要问题是联杆膜片和阀头之间的连接必须牢固可靠，不得有少许松动，如采用内螺纹连接再焊死，焊接技术要求较高(也可采用金属粘接剂)。另外膜片中间要冲孔，其尺寸大小的确定是比较复杂的理论和实践问题，必须多次实验定型。如误差过大，会影响其使用寿命；阀头如采用平面密封，也易产生内漏(气瓶、管道不洁时)。目前国内尚无该类产品，国外虽有报道，但价格昂贵 国内-客户在试用该产品中曾发生过当气瓶加热近100C时，易熔合金安全装置熔化放气，阀头镶嵌的塑料阀芯被压后软化溢出事故。这虽然不能说明阀门自身存在什么问题，但却告诫人们，选用者-定要将自己的使用工况向厂家讲清楚，而厂家也应事先向用户讲明产品应用范围及注意事项，否则后果将不堪设想。

(2)自启式隔膜气瓶阀该阀动作原理如图(4)所示，右旋阀杆，通过压块使膜片直接关闭阀I：1，反之则靠膜片自身回弹力使阀图4自启式隔膜阀简图开启。

该阀的优点是：结构更为简单；内漏为线密封更为可靠，死区更小；因为是金属对金属密封，可用于高温(曾在40013高温下做过试验，性能良好)。随着开关次数的增加，密封面磨合更好，密封性能也更好，关闭力矩也会越用越校该阀研制中曾出现的问题是：膜片行程选择不当，产生永久变形，压块形状及尺寸设计不当，使膜片产生永久变形，经多次反复试验才得以解决。在实际应用中进行气密性试验时，由于工人误操作，从出口打压，当气压超过1OMPa时，使膜片产生永久变形，阀门打不开。故而在产品使用说明书中特别强调，在充气压力高于10MPa时，必先把气瓶阀打开再开启充气系统的进气阀，否则会产生充不进现象，甚至使膜片永久变形，使阀门打不开。

1.2.3波纹管式气瓶阀此阀也是为解决弹簧式气瓶阀存在的问题而提出的研发课题，其动作原理与提拉式隔膜阀基本相同，只不过将膜片换成多层波纹管而- 289已。由于其工艺更为复杂，成本更高，在此也不再多述。

2.隔膜阀中膜片设计由于膜片是隔膜阀中起 密封作用的关键件 ，其材料选择、形状设计、疲劳寿命、行程、柔性、刚度及固定方式是必须考虑的重要问题。

2.1材质选择对气瓶阀而言，必选用金属材质，要求其能承受-定的拉伸应力；能产生足够的弹性变形，应力和变形可用板壳理论计算。而且要按允许过压的125% 150%进行。为了确保其好的延展性，便于成形，要进行-定的热处理工艺，保证其足够疲劳寿命。目前国内外采用的主要材质有铍铜合金(HPb)、奥氏体不锈钢316L(0Cr27NL12Mo3)、蒙乃尔(lpMoneI，其是镍铜合金)、因可乃尔(U[1lnconel，其是镍铬合金)、钛合金和钴基合金(1L650)等。

2.2型面设计2.2.1平膜片其是-平面圆盘，其优点是制造容易，成本低、互换性好。缺点是行程小，-般只为其厚度的-半。故其不适用于流量要求大、流速过高(如H )的诚。

2.2.2波纹膜片波纹膜片是-个有波纹的圆盘。气瓶阀多用单波纹形式，其有带硬芯和无硬芯两种。提拉式实际上是带硬芯的-种，弹簧式及自启式则是无硬芯式-种。波纹膜片形状按标准正弦曲线进行设计，由假定的波纹高度H和实际需要波距 可通过下式计算出半径R、夹角H和波长s，即0R ：H 2-0.2-514110：2arcsin JRS：rcR旦根据R、 0及S设计胎具。

为了保证膜片线性特性在1%内，在设计时常用的经验方法是使行程小于直径的2%，如果线性度允许大于1%，则变形最大可达到直径的3% %波纹膜片与平膜片相比其优点是：(1)在无永久变形情况下，总行程较大，可达到波高的2倍。

(4)线性特性好。在相同直径和灵敏度情况下，波纹膜片直线度远大于平膜片。因此对两端固定的波纹膜片，设计者只要使压力P的作用点在拐点范围内，都可确保其变形在线性范围内，不会产生永久变形，平膜片则无此选择。

2.2.3膜片的固定对气瓶阀而言，其膜片只能用阀盖螺纹压紧固定密封，中间要加紧压环，防止膜片有相对运动。

2.2.4膜片的制作膜片成形胎具有两种，-种是橡胶成形胎具，其是将预先冲制的毛胚放入金属导套内，由冲头冲压橡胶成形，这-方法对胎具材质没有特殊要求，用-般钢和铜即可，可保持膜片本身厚度不变，但橡胶容易破损或溢出，成形件易出现皱折。另-种为成形和冲切组合胎具，要求阴阳膜胎具要有-定的强度，并且要锋利，硬度更高，最好用硬质合金。这 -方法成品率高，目前多用之。

3.结语(1)-般工业气瓶阀技术比较成熟，采用活瓣式结构、填料函式密封是较为理想选择。

(2)从安全可靠性考虑，特种气体气瓶阀选用无弹簧式隔膜阀是最佳选择。自启式结构在工艺性、成本、死区方面优于提拉式。

(3)波纹膜片优于平膜片，316L材质是自启式隔膜阀较为理想的选择(对HC1介质，应表面镀钛)。

(> 上接第287页)克服了因为被测介质密度变化而导致的输出液位与实际液位存在误差的现象，确保了整个控制系统测量数据的真实性。

结语在使用压力变送器测量被测介质密度变化的液位环境中，通过在加装密度测量环节，在得到实际被测介质密度的条件下，对压力变送器测量的液位值进行修正运算，能够比较准确的得到被测介质的实际液位值。

(> 上接第288页)的安装对施工现场要求较高，如要求空间大、场地干净等，有时甚至需要无灰尘(主机组安装时)、安静无风(机组校核同心时)等特殊的条件，土建如果在机组安装时进行厂房内的施工，势必会影响到机组的安装。

- 些交叉作业的工种没有进行协调，甚至会影响到施工安全。如东至某泵站为抢工期，在施工中进行交叉作业，土建在上方进行砌墙作业的同时，机组安装则在下方进行同心度的校正，正巧上方飞落下-块砖头将仪器