كأحد المكونات الرئيسية للصمامات وخطوط أنابيب الضغط ومذيبات الضغط والمراجل وغيرها من المعدات ، تُستخدم الصمامات الكروية للتحكم في التدفق أو قطع الوسائط. تستخدم على نطاق واسع في العديد من الصناعات مثل الغاز الطبيعي المسال والطاقة الكهربائية والصناعات الخفيفة والبناء والمعادن وما إلى ذلك. منخفضة التكلفة ، حلقة مطاطية (المشار إليها فيما يلي باسم الحلقة O) قابلة للتطبيق ليتم تثبيتها في صمامات مختلفة لتوفير حماية مانعة للتسرب في ظل ظروف ثابتة أو ديناميكية تحت درجة حرارة محددة وضغط ووسائط سائلة وغازية مختلفة. عندما يكون الصمام الكروي في الوضع المغلق ، يجب تلبية متطلبات الختم المحددة (أو متطلبات التسرب). في التصميم ، يتم اختيار الحلقة O كعنصر مانع للتسرب ، والذي يمكن أن يمنع التسرب بنجاح ويحقق تأثير الختم الكامل. على وجه الخصوص ، عندما يدور ساق الصمام أثناء عملية فتح وإغلاق الصمام الكروي ، يكون احتكاك حركة الحلقة O صغيرًا جدًا ، ويتم اختيار الحلقة O كعنصر مانع للتسرب لتحقيق صفر تسرب. لذلك ، فإن O-ring هي واحدة من أكثر عناصر الختم استخدامًا مع أفضل تأثير مانع للتسرب في الصمام الكروي.

1. نطاق التطبيق

الصمام الكروي هو نوع من الصمامات التي يمكن فتحها وإغلاقها بواسطة جهاز محرك يدوي أو جهاز محرك هوائي أو جهاز محرك كهربائي في ظل ظروف عمل مختلفة. أثناء إنتاج الصمام الكروي ، فإن الحلقة O هي عنصر مانع للتسرب مناسب لمختلف أشكال الختم. يلعب الختم الديناميكي والختم الثابت دورًا مهمًا في أداء الختم للصمامات الكروية المختلفة. خذ الصمام الكروي المكون من قطعتين كمثال ، كما هو موضح في الشكل 1. يمكن للحلقة O الموجودة على الوجه النهائي وفي ساق الصمام أن تمنع بشكل فعال تسرب الوسائط المختلفة وتضمن التشغيل الطبيعي لنظام الصمام. عندما يتم تثبيت الحلقة O على كلا الطرفين ، فإنها تنتمي إلى تأثير الختم الثابت. عندما يتم تثبيت الحلقة O على الفتحة الوسطى لجسم الصمام وجذع الصمام ، فإنها تنتمي إلى تأثير الختم الديناميكي.

(1) ختم ثابت

تنتمي الحلقة O إلى ختم البثق. تعتمد السمة الأساسية لهيكل ختم البثق على التشوه المرن للختم وضغط التلامس على سطح التلامس المحكم. عندما يكون ضغط التلامس أكبر من الضغط الداخلي للوسيط المغلق ، فإنه يلعب دور الختم ، وعلى العكس من ذلك ، فإنه يؤدي إلى التسرب. تكون الأجسام الطرفية اليسرى واليمنى للصمام الكروي المكون من قطعتين متلامسة من المعدن إلى المعدن وتنتمي إلى هيكل مانع للتسرب ثابت. من أجل تقليل أو القضاء على فجوة سطح الختم بينهما ، يتم اختيار الحلقة O كعنصر مانع للتسرب في التصميم. عندما يكون الضغط المتوسط ​​صغيرًا ، يكون في حالة ثابتة وتكون قوة الختم المطلوبة صغيرة جدًا. في هذا الوقت ، يمكن إغلاق جسم الطرف الأيسر والأيمن بواسطة قوة الشد المسبق أثناء التجميع والقوة المرنة للحلقة O ؛ عندما يستمر الضغط المتوسط ​​في الزيادة ، يزداد أيضًا الضغط المحدد للختم ، وتتوسع الحلقة O فجأة. في هذا الوقت ، تمنع الحلقة O بشكل فعال نقطة التسرب بين الفجوات في كلا الطرفين ، وبالتالي ضمان أداء الختم للصمام الكروي.

عندما يتم فتح وإغلاق الصمام الكروي ، بغض النظر عن وضع القيادة المعتمد ، فإن ساق الصمام سوف يدور. من أجل منع الوسيط من الهروب من خلال فجوة الفتحة الوسطى ، يتم تثبيت أخدود على جذع الصمام ويتم تضمينه في الحلقة O. على الرغم من أن ساق الصمام يدور بزاوية 90 درجة بشكل متبادل ، نظرًا للاحتكاك الصغير والتشحيم الذاتي الجيد للحلقة O ، فإنهما يتعاونان مع بعضهما البعض لتحقيق تأثير إغلاق جيد. من أجل التأكد من أن مقعد الصمام ونواة الصمام يشكلان أداء ختم جيد ، يتم أيضًا تشكيل الأخدود في مقعد الصمام ويتم تثبيت الحلقة O فيه. عندما يرتفع ضغط الوسيط في تجويف الصمام ، يتحرك مقعد الصمام باتجاه قلب الصمام تحت إلحاح قوة الزنبرك. تحت تأثير الأداء المرن العالي للحلقة O ، يتم ضمان ضيق التجويف الداخلي لخط الأنابيب. في هذا الوقت ، تبدأ الحلقة O تأثير الختم الديناميكي في خط الأنابيب. في أول شكلين هيكليين ، تنتمي الحلقة O إلى هيكل الختم الديناميكي.

(3) ختم التسرب الصفري

ينقسم هيكل الختم للصمام الكروي إلى نوعين هيكليين: ختم معدني وختم ناعم. بالمقارنة مع هيكل الختم الناعم ، فإن معدل التسرب لهيكل الختم المعدني أعلى. وفقًا لمستوى تسرب صمام API ، إذا كان مستوى التسرب في هيكل الختم المعدني يجب أن يصل إلى VI (أي ما يعادل صفر تسرب) ، ويجب أن تكون درجة الحرارة أقل من 200. في هذا الوقت ، يتم اختيار الحلقة O كعضو مانع للتسرب لكل من الصمامات الكروية الثابتة والديناميكية ، ويتم استيفاء جميع معايير التصميم بالكامل. بالنسبة للصمام الكروي للغاز ، من أجل منع تسرب وسيط الغاز عبر قنوات مختلفة ، مما يتسبب في قابلية الاشتعال والانفجار ، يتم تضمين حلقات O في كل نقطة تسرب ، والتي يمكن أن تمنع بشكل فعال تسرب جسم الصمام. قيمة التخليص أقل من 0.001 ميكرومتر.

2. اختيار المواد

هناك أنواع عديدة من مواد الحلقة O ، بما في ذلك المطاط الفلوري (FKM) ، مطاط النتريل (NBR) ومطاط السيليكون (VMQ) ، مطاط الإيثيلين البروبيلين (EPDM) ، المطاط الطبيعي (NR) ، HNBR ، FFKM ، إلخ. مواد الحلقة O في الصمامات الكروية هي بشكل عام المطاط الفلوري ومطاط النتريل ومطاط السيليكون. بالنسبة للصمامات الكروية التي تتطلب درجة حرارة عالية ، مثل الصمامات الكروية فوق 200 درجة مئوية ، يوصى باختيار أنواع أخرى من عناصر الختم. لا ترتبط مادة الحلقة O المستخدمة في الصمام الكروي بدرجة الحرارة والوسط والضغط فحسب ، بل تتأثر أيضًا بظروف التشغيل والبيئة والعوامل الشاملة المختلفة.

(1) درجة الحرارة

تعتبر درجة الحرارة أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على نطاق استخدام الحلقات O. في عملية تصميم الصمام الكروي ، تكون درجة الحرارة القابلة للتطبيق للحلقات O المختارة بشكل عام -29 ~ 180. بالنسبة للصمامات الكروية تحت ظروف درجات الحرارة العالية أو المنخفضة ، يجب اختيار مواد تركيبية خاصة كمانعات تسرب لتلبية متطلبات أداء الختم.

في المواد المطاطية الشائعة ، تتمتع FKM بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية. نطاق درجة حرارة العمل لـ FKM العادي هو - 25 ~ 240 درجة مئوية ، في حين أن العلامة التجارية الخاصة لـ FFKM يمكنها تحمل درجة حرارة ثابتة تبلغ 300 درجة مئوية أو درجة حرارة عالية فورية تبلغ 340 درجة مئوية دون فشل التصلب والتوسع. لذلك ، بالنسبة للصمامات الكروية المستخدمة تحت درجة حرارة عالية تحت ظروف عمل أخرى ، يمكن اعتبار FFKM بشكل مناسب.

سوف يتقصف المطاط ويفقد تأثير الختم عند استخدامه في ظروف درجات الحرارة المنخفضة. لذلك ، لا ينصح عمومًا بالصمامات الكروية ذات درجة الحرارة المنخفضة. يعد السيليكون أحد أكثر المواد مقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة في المواد المطاطية. على الرغم من أنه يمكن أن يصل إلى - 100 ، إلا أنه يتمتع بقوة شد منخفضة ومقاومة تآكل ضعيفة. بشكل عام ، لا يمكن استخدامه لتدوير أجزاء الختم الديناميكية. لذلك ، فإن الصمامات الكروية تحت ظروف درجات الحرارة المنخفضة ليست مناسبة للاختيار. وفقًا للبيانات ذات الصلة ، تبلغ درجة حرارة مطاط السيليكون - 60-220 درجة مئوية ، مما يعزز المقاومة الكيميائية والخصائص الميكانيكية على أساس الحفاظ على مقاومة درجة حرارة مطاط السيليكون.

(2) متوسطة

كواحد من خمسة صمامات رئيسية ، فإن الصمامات الكروية قابلة للتطبيق في الصناعات الهندسية المختلفة. بالنسبة للوسائط المختلفة ، من الضروري جدًا اختيار المواد المطاطية المناسبة وحلقات O مع المواد المناسبة. على سبيل المثال ، تتميز حلقات FKM O بمقاومة اللهب ، وضيق الهواء الجيد ، ومقاومة الأوزون ومقاومة التآكل الممتازة. تعتبر حلقة السيليكون O أكثر ملاءمة للصمامات الكروية مع وسائط الغبار والجسيمات. تتميز حلقة النتريل O بختم جيد وامتصاص الصدمات في الزيت والحمض والقلويات والتآكل والغزو الكيميائي والبيئات الأخرى. لذلك ، يمكن اختيار الحلقات O المناسبة في الصمام الكروي للوسائط الكيميائية المختلطة الأخرى مثل الوسائط الحمضية والزيت والماء والغاز والأكسدة والوسائط المختزلة.

(3) الضغط

وفقًا للمبدأ الكيميائي للحلقة O ؛ صلابة الحلقة O بشكل عام هي 50-90. عندما يكون خط أنابيب الضغط منخفضًا ، يجب تفضيل الحلقة O ذات صلابة الشاطئ 50-70 لتوفير التكلفة وحماية البيئة. عندما يكون خط أنابيب الضغط الخاص بالصمام عالياً ، يجب التوصية بحلقة O ذات صلابة الشاطئ 70-90 للسلامة. عندما يكون ضغط خط الأنابيب أكبر من أو يساوي 150LB أو 1.0MPa ، يجب تضمين الحلقة O في الأخدود المعدني لمنع ضغط الحلقة O وتشوهها مع تغير الضغط. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الحلقة O تتلف بسهولة تحت الضغط العالي. أي ، تحت تأثير الضغط العالي ، تتسرب جزيئات الغاز عالية الضغط إلى الحلقة O لفترة طويلة. عندما ينخفض ​​الضغط الخارجي للحلقة O على الفور ، من السهل نشر جزيئات الغاز الداخلية عالية الضغط وكسر الحلقة O بسرعة. على سبيل المثال ، حلقة O الختم في مقعد الصمام. عندما يتم تدوير الصمام الكروي وفتحه ، فإن الضغط الداخلي لتجويف الصمام سيطلق الوسط ويصدر صوتًا هائلًا. في هذا الوقت ، تم العثور على الحلقة O مكسورة ، مما يشير إلى فشل أداء الختم للصمام الكروي. يمكن ملاحظة أنه في هذه الحالة ، يوصى باستخدام الحلقة O ذات أداء الختم العالي لإغلاق مقعد الصمام ، أو استبدال الختم الدائري في الوقت المناسب لضمان التشغيل العادي لأنبوب الصمام. في هذا الوقت ، تم العثور على الحلقة O مكسورة ، مما يشير إلى فشل أداء الختم للصمام الكروي. يمكن ملاحظة أنه في هذه الحالة ، يوصى باستخدام الحلقة O ذات أداء الختم العالي لإغلاق مقعد الصمام ، أو استبدال الختم الدائري في الوقت المناسب لضمان التشغيل العادي لأنبوب الصمام. في هذا الوقت ، تم العثور على الحلقة O مكسورة ، مما يشير إلى فشل أداء الختم للصمام الكروي. يمكن ملاحظة أنه في هذه الحالة ، يوصى باستخدام الحلقة O ذات أداء الختم العالي لإغلاق مقعد الصمام ، أو استبدال الختم الدائري في الوقت المناسب لضمان التشغيل العادي لأنبوب الصمام.

3. تحليل الفشل وطرق العلاج

من خلال الاستخدام طويل المدى وممارسة الاختبار ، هناك ثلاثة عوامل شاملة تسبب فشل الحلقة O.

(1) غير متوافق مع الوسائط

في تصميم منتج الصمام الكروي اليومي ، لا تتوافق الحلقة المختارة مع وسيط القناة ، مما يؤدي إلى التآكل والتورم والتشوه والكسر. ستؤثر هذه المشاكل بشكل خطير على جودة منتجات الصمام الكروي. على سبيل المثال ، بالنسبة للوسط الذي يحتوي على تركيز عالي من القاعدة الحمضية مثل حمض النيتريك وحمض الكبريتيك وكلوريد الصوديوم ، يجب مراعاة تطبيق الحلقة O بعناية عند تصميم الصمام الكروي.

(2) فشل التعب

في الصمام الكروي المقاوم للحريق المكون من ثلاث قطع والمستخدم في خط أنابيب صمام الغاز. إذا كان ضغط الصمام الكروي 4.0Mpa والضغط الفعلي تحت ظروف الخدمة هو 6.3MPa ، فقد وجد أن ختم الحلقة O في حلقة الدعم يفشل عندما يتم تثبيت الصمام الكروي في أنبوب الضغط وتشغيله لمدة فترة من الزمن. بعد التحليل ، نظرًا لأن نطاق ضغط العمل الفعلي أكبر من نطاق التذبذب في نظام خطوط الأنابيب ، والضغط بينهما قريب جدًا ، يكون تردد الفتح والإغلاق مرتفعًا ، مما يؤدي إلى انكماش ترددي على شكل حلقة O والحلقة O الوصول إلى حد الحياة المحدد. يؤدي إلى إرهاق فشل الحلقات O. من أجل ضمان التشغيل الطبيعي لنظام خطوط الأنابيب ،

(3) فشل التشوه الدائم

من بين جميع مواد الختم المستخدمة في الصمامات الكروية ، تكون الحلقة المطاطية أقل صلابة نسبيًا من البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) والجرافيت المرن ، ولكن مرونتها أعلى من سابقتها. إذا تم تطبيقه على أنابيب الصمام ذات درجة الحرارة العالية والضغط العالي ، فسوف يتشوه المطاط بسبب الحرارة والضغط ، ومن السهل إحداث تشوه وفشل دائم. إذا تم استخدام منتج الصمام الكروي في خط أنابيب الغاز الطبيعي منخفض الضغط ، يتم اختيار الحلقة O ذات صلابة الشاطئ 65 كعنصر مانع للتسرب. بعد تشغيل المنتج لفترة معينة من الوقت ، يتم إخراج الحلقة O الموجودة في ختم مقعد الصمام ووجد أن سطحها أملس ، ولكن المقطع العرضي الخاص بها قد تغير إلى شكل أخدود مربع بدون مرونة ، مما ينتج عنه في حالة فشل الختم الخطير. في هذا الوقت،

4. الخلاصة

في تصميم وتطوير الصمامات الكروية ، عند اختيار الحلقات O كعناصر مانعة للتسرب ، يجب مراعاة تأثير ظروف العمل المختلفة مثل درجة الحرارة والوسط والضغط وتغير بيئة العمل على الحلقات O بشكل شامل. ثانيًا ، لا يمكن تجاهل موضع الحلقات O وهيكلها وتركيبها وصيانتها. بهذه الطريقة فقط يمكن إطالة عمر خدمة الحلقات O ، وتحسين معدل خدمة الحلقات O ، وضمان التشغيل الطبيعي لمنتجات الصمام الكروي في أنابيب الضغط.