При частой эксплуатации автомобиля периодическая замена направляющих втулок клапанов практически неизбежна. Эти элеме…

100 р.

RUB

Изготовление втулки (Шт)

При частой эксплуатации автомобиля периодическая замена направляющих втулок клапанов практически неизбежна. Эти элеме…

100 р.

RUB

Правка к/в дв.грузовой (шт)

Перед шлифованием шеек коленчатый вал подвергают правке.Чтобы установить величину и направление прогиба, деталь уклад…

1000 р.

RUB

Шлифовка распредвала дв. ЯМЗ-238 (Шт)

Мы выполняем работы по ремонту и восстановлению коленчатых валов двигателей отечественного и зарубежного производства…

1000 р.

RUB

Правка к/в дв. МАЗ-238, МАИ (Шт)

Перед шлифованием шеек коленчатый вал подвергают правке. Чтобы установить величину и направление прогиба, деталь уклад…

1200 р.

RUB

Шлифовка распредвала дв.МАН (Шт)

Мы выполняем работы по ремонту и восстановлению коленчатых валов двигателей отечественного и зарубежного производства…

1200 р.

RUB

Шлифовка блока по плоскости (Шт)

Случайное попадание на двигатель воды или незначительный перегрев двигателя становятся причиной деформации ГБЦ, а в р…

1400 р.

RUB

Ремонт поверхности к\в под сальник дв. Камаз (Шт)

Мы выполняем работы по ремонту и восстановлению коленчатых валов двигателей отечественного и зарубежного производства…

1500 р.

RUB

Перепресовка поршней дв.иномарки (Шт)

Поршень, является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания. Именно на эту деталь, выпадает осн…

250 р.

RUB

Рассухарить клапан (за единицу) (Шт)

При ремонте двигатель автомобиля демонтаж основного количества деталей производится штатным слесарным инструментом. В…

30 р.

RUB

Подрезка поршней (Комплект)

Поршень, является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания. Именно на эту деталь, выпадает осн…

300 р.

RUB

Маслосгонная резьба к\в. (Шт)

Любой автомобильный двигатель является поршневым. Принцип его работы прост: в цилиндр подается топливно-воздушная сме…

300 р.

RUB

Ремонт промежуточного вала дв.ВАЗ (Шт)

Абсолютно каждая коробка переключения передач является ничем иным, как набором валов и шестерен, которые заключены в . ..

400 р.

RUB

Доработка направляющей втулки клапана (Шт)

При частой эксплуатации автомобиля периодическая замена направляющих втулок клапанов практически неизбежна. Эти элеме…

50 р.

RUB

Дефектовка ГБЦ (Шт)

Головка блока цилиндров такая же важная и не отъемлимая часть двигателя внутреннего сгорания как и остальные. Также ка…

500 р.

RUB

Перепресовка поршней дв.ВАЗ (Комплект)

Поршень, является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания. Именно на эту деталь, выпадает осн…

500 р.

RUB

Обработка поверхности к\в под полукольцо (Шт)

Коленчатый вал является одним из самых дорогостоящих и ответственных составных элементов конструкции двигателя внутре. ..

500 р.

RUB

Замена направляющих втулок клапанов дв. легковой (за единицу) (Шт)

При частой эксплуатации автомобиля периодическая замена направляющих втулок клапанов практически неизбежна. Эти элеме…

70 р.

RUB

Ремонт свечного отверстия (Шт)

Любой автомобиль требует проведения периодического технического обслуживания. Этот процесс всегда связан с затягивани…

700 р.

RUB

Мойка ГБЦ (Шт)

В нашем автосервисе мойка деталей двигателя производится в автоматической моечной машине контейнерного типа . Для обе…

700 р.

RUB

Передовые методы надлежащего уплотнения штока клапана

Резюме

Выбор уплотнения штока клапана является важным компонентом процесса спецификации клапана. При правильном выборе конструкция будет надежно работать в течение длительного времени.

Рис. 1. Этот регулирующий клапан подвергается испытанию на вдыхание по Методу 21 Агентства по охране окружающей среды для определения скорости утечки неорганизованных выбросов после заданного количества механических и термических циклов. Существует множество способов герметизации штоков регулирующих и запорных клапанов. При тщательном выборе уплотнение штока клапана обеспечивает долгие годы надежной службы, снижает выбросы в окружающую среду и сводит к минимуму потери продукта. При неправильном применении уплотнение штока клапана может постоянно протекать, увеличивать затраты на техническое обслуживание, создавать экологические проблемы и подвергать опасности обслуживающий персонал. Правильно подобранное уплотнение штока клапана повышает эффективность за счет сведения к минимуму потерь продукта, что, в свою очередь, снижает потребление энергии, поскольку для удовлетворения спроса необходимо производить меньше продукции.

Объяснение уплотнений штока клапана

Прежде чем углубляться в детали выбора метода уплотнения клапана, лучше всего понять проблемы уплотнения штока клапана и объяснить, как это можно сделать. Регулирующие и запорные клапаны относятся к одной из двух основных категорий: со скользящим штоком или поворотные.

Клапан со скользящим штоком имеет шток, выступающий из корпуса, который поднимается и опускается, открывая и закрывая клапан. Поворотный клапан имеет вал, выходящий из боковой части клапана, который соединен с пробкой, диском или шаром. При вращении вала поворотный клапан открывается и закрывается. В любой конструкции шток клапана должен выходить из корпуса и иметь возможность перемещаться относительно без трения, удерживая процесс и предотвращая утечки.

Это возможно благодаря узлу уплотнения штока клапана. Уплотнение обычно осуществляется одним из двух способов: обычной набивкой или сильфонным уплотнением. Подробная информация о том, как работают эти методы, а также плюсы и минусы каждого метода, приведены ниже.

Измерение характеристик уплотнения штока клапана

Уплотнения штока клапана должны решать две противоречивые задачи. Во-первых, они должны полностью герметизировать шток клапана и уменьшить, а в идеале устранить любые летучие выбросы в процессе. Во-вторых, они должны совершить этот подвиг, позволяя штоку клапана свободно двигаться и продолжать герметизировать, даже если шток клапана выполняет тысячи циклов. Несколько промышленных стандартов учитывают эти требования, но требуемые характеристики и методы испытаний значительно различаются.

Тремя основными стандартами для неорганизованных выбросов являются TA Luft, FCI 91-1 и ISO 15848. TA Luft является наименее полным из трех, предлагая стандарты скорости утечки на основе размера прокладки и температуры процесса. Однако в нем отсутствуют конкретные параметры испытаний для количества необходимых циклов испытаний или расстояния перемещения, поэтому трудно сравнивать результаты утечки для различных конструкций клапанов.

FCI 91-1 был создан Институтом управления жидкостями и более точно соответствует требованиям по обнаружению утечек и ремонту, установленным Агентством по охране окружающей среды (EPA). Он использует метод 21 Агентства по охране окружающей среды для «обнюхивания» уплотнения клапана и определения скорости утечки (рис. 1). Этот стандарт содержит подробную информацию о том, как проверить клапан. Конструкция уплотнения штока клапана получает различные классификационные оценки в зависимости от результирующей скорости утечки после определенного количества механических и термических циклов.

На сегодняшний день наиболее всеобъемлющим стандартом является ISO 15848. Он содержит различные степени классификации утечек как для регулирующих, так и для запорных клапанов в зависимости от механических циклов, тепловых циклов и размера штока. Он также позволяет проводить испытания с использованием гелия или метана и определяет два различных способа измерения утечки гелия через уплотнение штока, каждый из которых намного сложнее, чем простой тест на запах. В частности, верхняя часть клапана заключена в герметичный корпус и либо продувается испытательным газом, либо подвергается воздействию полного вакуума, в то время как внутренняя часть клапана находится под давлением гелия. Затем можно точно измерить величину утечки.

При оценке характеристик уплотнения штока клапана важно определить, как был испытан клапан и какой конкретной классификации он соответствовал. Относительно легко добиться очень низких скоростей утечки, если клапан механически срабатывает небольшое количество раз. Гораздо труднее достичь и поддерживать очень низкий уровень утечки, когда клапан подвергается механическим циклам тысячи раз, а также выдерживает термические циклы. Термические циклы влияют на герметичность из-за высокой скорости расширения ПТФЭ (синтетического фторполимера тетрафторэтилена, также известного как тефлон) и низкой скорости извлечения графита, что усложняет конструкцию уплотнения.

Уплотнение штоков клапанов сальниковым уплотнением

В наиболее распространенном методе уплотнения штоков клапанов используется ряд колец из ПТФЭ или графита, которые окружают шток клапана (рис. 2 слева). Кольца сжимаются комбинацией грундбуксы, фланца сальника и болтов, которые прижимают и прижимают сальниковые кольца к валу. Сжатые кольца позволяют штоку клапана двигаться, сохраняя при этом герметичность корпуса клапана и вала, чтобы технологические жидкости не проходили через шток и не вытекали. В некоторых применениях набивка должна защищать только от крупных технологических утечек, поэтому относительно небольшие неорганизованные выбросы не вызывают беспокойства, а свободное движение штока считается более важным требованием.

Для достижения и поддержания низкого уровня выбросов набивка должна быть «живой» под нагрузкой, чтобы поддерживать постоянное давление на уплотнительные кольца (рис. 2 справа). Обычно это достигается с помощью сжатых пружин типа Belleville. Эти пружины поддерживают постоянное усилие на набивке, обеспечивая ее герметичность с течением времени, даже если кольца изнашиваются из-за движения штока. К сожалению, повышенное давление имеет тенденцию ограничивать движение клапана, поэтому необходимо тщательно выбирать уплотнительные материалы и отделку штока клапана, чтобы свести к минимуму неорганизованные выбросы и при этом обеспечить движение штока клапана. Рис. 2. На рисунке слева показан типичный регулирующий клапан с выдвижным штоком со стандартной набивкой. В более современных конструкциях уплотнений, показанных справа, используются сжатые пружины типа Бельвиля или другие специальные пружины для поддержания постоянного давления на уплотнительные кольца. Это обеспечивает ограничение летучих выбросов до 100 частей на миллион или меньше, даже при износе колец.

Уплотнение штоков клапанов с помощью сильфона

Альтернативой уплотнению клапана является сильфонное уплотнение клапана. В сильфонном уплотнении используется сварной или механически сформированный металлический барьер вокруг штока клапана, который может сжиматься и растягиваться подобно гармошке (рис. 3). Поскольку уплотнение изготовлено из металла с очень низкой скоростью деформации в критических зонах, сильфонные уплотнения обеспечивают практически нулевую утечку.

Рис. 3. В конструкциях сильфонных уплотнений обычно используется сварная пластинчатая конструкция (детали слева и посередине) или механически сформированная конструкция (справа). Формованная конструкция выдерживает намного больше циклов, чем сварная листовая, но обычно примерно в три раза дольше. Сварные пластинчатые сильфонные уплотнения (рис. 3 слева и посередине) изготавливаются путем сварки пакета шайбообразных пластин из тонкого металла для получения гибкого уплотнения с множеством складок на заданной длине. В формованном сильфоне (рис. 3 справа) используется плоский лист металла, сформированный и сваренный в трубку. Затем труба механически и гидравлически формуется в сильфон.

Обе конструкции могут растягиваться примерно на одно и то же расстояние за один сгиб, но поскольку формованный сильфон имеет гораздо меньше складок на дюйм, его общая длина обычно в три раза больше (рис. 4). Однако уменьшенное количество сварных швов и соответствующее механическое напряжение позволяют формованным сильфонам служить значительно дольше в большинстве случаев применения. Рис. 4. В этом клапане используется формованный сильфон, обеспечивающий нулевую утечку штока клапана. В качестве дополнительной меры предосторожности клапан также включает встроенное стандартное уплотнение над сильфоном.

Поскольку сильфонные уплотнения изготовлены из относительно тонкого металла и подвержены механическим нагрузкам и коррозии, со временем они могут треснуть и выйти из строя. По этой причине клапан с сильфонным уплотнением обычно имеет стандартную набивку над ним, чтобы сдержать процесс в случае отказа сильфона в работе.

Сальник против сильфона

Каждый метод уплотнения штока клапана имеет свои плюсы и минусы, поэтому лучший выбор зависит от области применения. Возможно, самым большим преимуществом стандартной или экологичной набивки является ее сравнительно низкая стоимость, а также широкий выбор материалов и конструкций сальников для клапанов, подходящих для большинства применений. Уплотнения клапана также можно отрегулировать и заменить без разборки клапана.

Самым большим преимуществом сильфонной конструкции является ее способность обеспечивать нулевую утечку. Такая спецификация имеет решающее значение для летальных служб. Материалы сильфона также могут быть выбраны для работы при более высоких температурах и коррозионных средах. Поскольку срок службы сильфонного уплотнения зависит от количества и длины ходов, расчетное время до отказа можно предсказать с некоторой точностью, что позволит спланировать замену.

У каждой конструкции есть и недостатки. Производительность и срок службы набивки зависят от многих переменных, которые не всегда легко предсказать. Небольшие утечки обычно можно устранить, подтянув набивку, но в какой-то момент набивку необходимо заменить. Кроме того, качество обработки поверхности штока клапана может иметь большое влияние на срок службы и характеристики конструкции уплотнения. Несмотря на это, все сальниковые уплотнения в той или иной степени будут протекать, что может быть неприемлемо в некоторых случаях применения.

Как упоминалось ранее, сильфонные уплотнения устают и в конечном итоге выходят из строя. В этом случае необходимо полностью разобрать клапан для замены сильфонного уплотнения. По этой причине общая стоимость владения сильфонным уплотнением обычно выше, чем стоимость набивки.

Примеры применения

Рис. 5. В этом выпускном клапане размером 24 дюйма на 30 дюймов используется специально разработанное уплотнение для защиты от внешних воздействий с большим диаметром штока, обеспечивающее чрезвычайно низкий уровень утечки, что продемонстрировано здесь во время испытания при температуре –56°F. При правильном выборе и применении как сальниковые, так и сильфонные уплотнения могут работать в сложных условиях. В одном из применений сжиженного природного газа в Австралии в выпускном клапане размером 24 дюйма на 30 дюймов использовалось специально разработанное уплотнение для защиты от внешних воздействий, и он имел очень низкую утечку штока клапана, несмотря на работу при криогенных температурах около –300 °F (рис. 5). Любые неорганизованные выбросы из этого клапана приводили к потерям продукта, энергии и ущербу для окружающей среды, поэтому было крайне важно свести к минимуму утечки.

 На китайском химическом заводе применялось смертельно опасное применение цианистого водорода, требующее практически нулевой утечки во время работы, поэтому была выбрана конструкция с сильфонным уплотнением. После ввода в эксплуатацию завод сообщил об отсутствии измеримых выбросов, а через шесть лет по-прежнему не было сообщений об утечках. Клапаны прошли 50 000 полных циклов и более 10 000 неполных циклов в год.

Заключительные мысли

Правильный выбор уплотнения штока клапана является важным компонентом процесса спецификации клапана. При правильном выборе конструкция будет надежно работать в течение длительного времени, что приведет к значительному сокращению выбросов в окружающую среду, потерь продукции и затрат на техническое обслуживание. Меньшие потери продукта повышают эффективность и являются ключевым компонентом управления энергопотреблением.

Количество вариантов конструкции велико, поэтому конечные пользователи могут счесть полезным проконсультироваться со своим поставщиком клапана, чтобы определить наилучшую конструкцию уплотнения, материалы конструкции и другие детали для своих конкретных применений.

Все цифры предоставлены Emerson

Отзывы читателей

Мы хотим услышать от вас! Пожалуйста, присылайте нам свои комментарии и вопросы по этой теме на InTechmagazine@isa. org.

Типы сальников и направляющих штоков клапанов

Маленькие, но мощные

В отличие от других уплотнений в двигателе, сальники штоков клапанов играют важную роль в смазывании. Уплотнения штока клапана позволяют контролируемому количеству масла смазывать шток клапана, когда он перемещается в направляющей клапана. Необходимо точно контролировать количество масла, проходящего через уплотнение штока клапана. Слишком малое количество масла вызывает износ штока и направляющей; слишком много масла вызывает накопление углерода, что приводит к повреждению седла клапана, снижению объемной эффективности, увеличению выбросов, ухудшению качества каталитического нейтрализатора и чрезмерному расходу масла.

Конструкции уплотнения штока

Существует две основные конструкции уплотнения штока — дефлекторное и положительное уплотнения.

Инженеры Fel-Pro анализируют дизайн оригинального оборудования для каждого приложения. Дизайн OE тестируется и тестируется. На основе анализа мы определяем используемый материал, учитывая дюрометр (относительную твердость) резины, температурные требования (как при экстремально высоких, так и при экстремальных холодах), устойчивость к распространенным типам масел, сопротивление разрыву и скорость утечки.

Этот тип анализа ясно показывает одну вещь: не все маслосъемные колпачки одинаковы. Визуально низкокачественное уплотнение может выглядеть очень похоже на высококачественное уплотнение, подходящее для данной платформы двигателя. Однако некачественный уплотнитель с недостаточной термостойкостью преждевременно затвердеет и растрескается и не будет работать должным образом.

Вы можете рассчитывать на то, что Fel-Pro использует правильный материал для каждого применения. Fel-Pro использует различные материалы, включая нейлон, ПТФЭ, резину, сталь и синтетический каучук или их комбинацию. FKM, фторэластомер, используется во многих уплотнениях штоков клапанов Fel-Pro для более горячих автомобилей последних моделей. Его часто комбинируют с металлической оболочкой или покрытием, которое полностью окружает положительное уплотнение FKM. FKM обладает отличной стойкостью как к теплу (до 450°F), так и к истиранию.

Инструмент для установки

В некоторых случаях маслосъемные колпачки впускных и выпускных клапанов взаимозаменяемы и выглядят совершенно одинаково. В тех случаях, когда на впускных и выпускных клапанах используются разные уплотнения из-за необходимости использования более жаропрочного материала на выпускной стороне или другой конструкции, уплотнения будут помещены в пакеты и промаркированы соответствующим образом.

Инструмент для установки входит в комплект уплотнений штока клапана (VS) Fel-Pro. Этот инструмент представляет собой тонкую пластиковую втулку, которая надевается на кончик штока каждого клапана во время установки. Он защищает внутреннюю кромку уплотнения от повреждения стопорными канавками в штоке клапана.

Загрузить бюллетень

Узнайте больше о качественных прокладках Fel-Pro, специально разработанных для ремонта, найдите автомобильную деталь или узнайте, где купить автомобильную деталь уже сегодня.