밸브 및 압력 파이프 라인, 압력 용해기, 보일러 및 기타 장비의 주요 구성 요소 중 하나 인 볼 밸브는 유체의 흐름 또는 차단을 제어하는 ​​​​데 사용됩니다. 그들은 LNG, 전력, 경공업, 건설, 야금 등과 같은 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 저가형 고무 O-ring (이하 O-링이라고 함)은 지정된 온도, 압력 및 다양한 액체 및 기체 매체에서 정적 또는 동적 조건에서 밀봉 보호를 제공하기 위해 다양한 밸브에 설치하는 데 적용할 수 있습니다. 볼 밸브가 닫힌 위치에 있을 때 지정된 밀봉 요구 사항(또는 누출 요구 사항)이 충족되어야 합니다. 설계에서 O-링이 밀봉 요소로 선택되어 누출을 성공적으로 방지하고 완전한 밀봉 효과를 얻을 수 있습니다. 특히 볼 밸브의 개폐 과정에서 밸브 스템이 회전할 때 O-ring의 운동 마찰이 매우 작고 O-ring을 씰링 요소로 선택하여 누출 제로를 달성합니다. 따라서 O-ring은 볼 밸브에서 최고의 밀봉 효과를 가진 가장 널리 사용되는 밀봉 요소 중 하나입니다.

1. 적용범위

볼 밸브는 다양한 작업 조건에서 수동 구동 장치, 공압 구동 장치 또는 전기 구동 장치로 개폐할 수 있는 일종의 밸브입니다. 볼 밸브 생산 중 O-ring은 다양한 씰링 형태에 적합한 씰링 요소입니다. 동적 밀봉 및 정적 밀봉은 다양한 볼 밸브의 밀봉 성능에 중요한 역할을 합니다. 그림 1과 같이 2피스 볼 밸브를 예로 들어 보겠습니다. 끝면과 밸브 스템의 O-링은 다양한 매체의 누출을 효과적으로 방지하고 밸브 시스템의 정상적인 작동을 보장할 수 있습니다. O-ring이 양쪽 끝에 설치되면 정적 밀봉 효과에 속합니다. 밸브 몸체와 밸브 스템의 중간 구멍에 O-ring을 설치하면 동적 밀봉 효과에 속합니다.

(1) 정적 씰

O-링은 압출 씰에 속합니다. 압출 씰 구조의 기본 특징은 씰의 탄성 변형과 씰링 접촉면의 접촉 압력에 따라 다릅니다. 접촉 압력이 밀봉된 매체의 내부 압력보다 크면 밀봉 역할을 하고 반대로 누출로 이어집니다. 2피스 볼 밸브의 왼쪽 및 오른쪽 끝 몸체는 금속 대 금속 접촉으로 되어 있으며 정적 밀봉 구조에 속합니다. 이들 사이의 씰링 표면 간격을 줄이거나 없애기 위해 설계에서 O-링이 씰링 요소로 선택됩니다. 중간 압력이 작을 때 정적 상태에 있고 필요한 밀봉력이 매우 작습니다. 이 때, 좌우 단부 몸체는 조립시 예비 조임력과 O-링의 탄성력에 의해 밀봉될 수 있다. 중간 압력이 계속 증가하면 밀봉 특정 압력도 증가하고 O-링이 갑자기 팽창합니다. 이때, O-ring은 양단의 틈 사이의 누수 지점을 효과적으로 방지하여 볼 밸브의 밀봉 성능을 보장합니다.

볼 밸브가 열리고 닫히면 어떤 구동 모드를 채택하든 밸브 스템이 회전합니다. 중간 구멍 틈을 통해 매체가 빠져 나가는 것을 방지하기 위해 홈이 밸브 스템에 걸려 있고 O- 링에 내장되어 있습니다. 밸브 스템은 왕복 90° 회전하지만 오링의 마찰이 적고 자체 윤활이 좋기 때문에 서로 협력하여 좋은 밀봉 효과를 얻습니다. 밸브 시트와 밸브 코어가 우수한 밀봉 성능을 형성하도록 하기 위해 밸브 시트에도 홈이 가공되고 그 안에 O-링이 설치됩니다. 밸브 캐비티의 매체 압력이 상승하면 밸브 시트는 스프링 힘의 압박에 따라 밸브 코어 쪽으로 이동합니다. O-ring의 고탄성 성능의 작용으로, 파이프 라인의 내부 공동의 견고성이 보장됩니다. 이때 O-ring은 파이프라인에서 동적 밀봉 효과를 시작합니다. 처음 두 가지 구조 형태에서 O-링은 동적 밀봉 구조에 속합니다.

(3) 제로 리크 씰

볼 밸브의 씰링 구조는 금속 씰링과 소프트 씰링의 두 가지 구조 유형으로 나뉩니다. 부드러운 밀봉 구조와 비교하여 금속 밀봉 구조의 누출률이 더 높습니다. API 밸브 누출 수준에 따라 금속 밀봉 구조의 누출 수준이 VI(누설 제로에 해당)에 도달해야 하고 온도는 200℃ 미만이어야 합니다. 이때 O-ring은 정적 및 동적 밀봉 볼 밸브의 밀봉 부재로 선택되며 모든 설계 매개 변수가 완전히 충족됩니다. 가스 볼 밸브의 경우 가스 매체가 다양한 채널을 통해 누출되어 인화성 및 폭발을 일으키는 것을 방지하기 위해 각 누출 지점에 O-링이 내장되어 밸브 본체의 누출을 효과적으로 방지할 수 있습니다. 클리어런스 값은 0.001μm 미만입니다.

2. 재료 선택

불소 고무(FKM), 니트릴 고무(NBR) 및 실리콘 고무(VMQ), 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM), 천연 고무(NR), HNBR, FFKM 등을 포함한 많은 종류의 O-링 재료가 있습니다. 일반적으로 사용되는 볼 밸브의 O-링 재료는 일반적으로 불소 고무, 니트릴 고무 및 실리콘 고무입니다. 200℃ 이상의 볼 밸브와 같이 고온이 필요한 볼 밸브의 경우 다른 유형의 밀봉 요소를 선택하는 것이 좋습니다. 볼 밸브에 사용되는 O-링 재료는 온도, 매체 및 압력과 관련이 있을 뿐만 아니라 작동 조건, 환경 및 다양한 포괄적인 요인의 영향을 받습니다.

(1) 온도

온도는 O-링의 사용 범위에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나입니다. 볼 밸브 설계 과정에서 선택된 O-링의 적용 온도는 일반적으로 -29 ~ 180 ℃입니다. 고온 또는 저온 조건의 볼 밸브의 경우 밀봉 성능 요구 사항을 충족하기 위해 특수 합성 재료를 밀봉으로 선택해야 합니다.

일반적인 고무 재료에서 FKM은 내열성이 뛰어납니다. 일반 FKM의 작동 온도 범위는 -25 ~ 240 ℃이며 FFKM의 특수 브랜드는 경화 및 팽창 실패없이 300 ℃의 일정한 온도 또는 340 ℃의 순간 고온을 견딜 수 있습니다. 따라서 다른 작업 조건에서 고온에서 사용되는 볼 밸브의 경우 FFKM을 적절하게 고려할 수 있습니다.

고무는 저온 조건에서 사용하면 부서지고 밀봉 효과를 잃습니다. 따라서 저온 볼 밸브는 일반적으로 권장되지 않습니다. 실리콘은 고무 재료 중에서 가장 저온 내성이 있는 재료 중 하나입니다. -100 ℃에 도달 할 수 있지만 인장 강도가 낮고 내마모성이 떨어집니다. 일반적으로 동적 밀봉 부품을 회전시키는 데 사용할 수 없습니다. 따라서 저온 조건의 볼 밸브는 선택에 적합하지 않습니다. 관련 데이터에 따르면 실리콘 고무의 사용 온도는 -60-220 ℃이며 실리콘 고무의 온도 저항을 유지하는 것을 기반으로 내 화학성 및 기계적 특성을 향상시킵니다.

(2) 매체

볼 밸브는 5대 밸브 중 하나로 다양한 엔지니어링 산업에 적용할 수 있습니다. 다른 매체의 경우 적절한 고무 재료와 적절한 재료의 O-링을 선택하는 것이 매우 필요합니다. 예를 들어, FKM O-링 은 난연성, 우수한 기밀성, 내오존성 및 우수한 내식성을 가지고 있습니다. 실리콘 O-링은 먼지와 입자 매체가 있는 볼 밸브에 더 적합합니다. 니트릴 O 링은 오일, 산, 알칼리, 마모, 화학 물질 침입 및 기타 환경에서 우수한 밀봉 및 충격 흡수 기능을 가지고 있습니다. 따라서 산성 매체, 오일, 물, 가스, 산화 및 환원 매체와 같은 기타 혼합 화학 매체에 적합한 O-링을 볼 밸브에서 선택할 수 있습니다.

(3) 압력

O-링의 화학적 원리에 따르면; O-링의 경도는 일반적으로 쇼어 50-90입니다. 밸브의 압력 파이프 라인이 낮을 때 비용 절감 및 환경 보호를 위해 경도가 쇼어 50-70 인 O 링을 선호해야합니다. 밸브의 압력 파이프라인이 높을 때 안전을 위해 쇼어 경도 70-90의 O-링을 권장해야 합니다. 파이프 라인 압력이 150LB 또는 1.0MPa보다 크거나 같을 때 O-링이 압력 변화에 따라 압착 및 변형되는 것을 방지하기 위해 금속 홈에 O-링을 끼워야 합니다. 또한, O-링은 고압에서 쉽게 손상됩니다. 즉, 고압의 작용하에 고압의 기체 분자가 O-ring으로 오랜 시간 동안 침투합니다. O-ring의 외부 압력이 순간적으로 감소하면, 내부 고압 가스 분자는 O-링을 빠르게 확산 및 파손하기 쉽습니다. 예를 들어, 밸브 시트의 밀봉 O-링. 볼 밸브가 회전되어 열리면 밸브 캐비티의 내부 압력이 매체를 방출하고 큰 소리를냅니다. 이때 O-ring이 파손된 것으로 확인되어 볼밸브의 실링성능이 불량함을 알 수 있다. 이 경우 밸브 시트 씰링을 위해 씰링 성능이 높은 O-링을 사용하거나 밸브 파이프의 정상적인 작동을 보장하기 위해 적시에 O-링 씰을 교체하는 것이 좋습니다. 이때, O-ring이 파손된 것으로 확인되어 볼밸브의 실링 성능이 불량함을 알 수 있다. 이 경우 밸브 시트 씰링을 위해 씰링 성능이 높은 O-링을 사용하거나 밸브 파이프의 정상적인 작동을 보장하기 위해 적시에 O-링 씰을 교체하는 것이 좋습니다. 이때, O-ring이 파손된 것으로 확인되어 볼밸브의 실링 성능이 불량함을 알 수 있다. 이 경우 밸브 시트 씰링을 위해 씰링 성능이 높은 O-링을 사용하거나 밸브 파이프의 정상적인 작동을 보장하기 위해 적시에 O-링 씰을 교체하는 것이 좋습니다.

3. 고장분석 및 처리방법

장기간 사용 및 테스트 실습을 통해 O-링 고장을 일으키는 세 가지 포괄적인 요인이 있습니다.

(1) 미디어와 호환되지 않음

일일 볼 밸브 제품 설계에서 선택한 O-링은 채널 매체와 호환되지 않아 부식, 팽창 변형 및 파손을 일으킬 수 있습니다. 이러한 문제는 볼 밸브 제품의 품질에 심각한 영향을 미칩니다. 예를 들어 질산, 황산, 염화나트륨과 같이 산-염기 농도가 높은 매체의 경우 볼 밸브를 설계할 때 O-ring의 적용을 신중하게 고려해야 합니다.

(2) 피로파괴

가스 밸브 파이프 라인에 사용되는 3 피스 가스 내화 볼 밸브. 볼 밸브의 압력이 4.0Mpa이고 사용 조건하의 실제 압력이 6.3MPa인 경우 볼 밸브를 압력 파이프에 설치하고 일정 시간 동안 작동하면 지지 링의 O-링 씰이 파손되는 것으로 나타났습니다. 기간. 분석 후 실제 작동 압력 범위가 파이프 라인 시스템의 변동 범위보다 크고 그들 사이의 압력이 매우 가깝기 때문에 개폐 빈도가 높기 때문에 O-링 왕복 수축 및 O-링이 발생합니다. 지정된 수명 제한에 도달합니다. O-ring의 피로파손으로 이어집니다. 파이프라인 시스템의 정상적인 작동을 보장하기 위해,

(3) 영구변형파괴

볼 밸브에 사용되는 모든 씰링 재료 중 고무 O-링은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 플렉시블 흑연보다 경도가 상대적으로 낮지만 복원력은 전자보다 높습니다. 고온 고압의 밸브관에 적용하면 열과 압력에 의해 고무가 변형되어 영구변형 및 파손이 발생하기 쉽습니다. 볼 밸브 제품이 저압 천연 가스 파이프라인에 사용되는 경우 쇼어 경도가 65인 O-링이 씰링 요소로 선택됩니다. 제품을 일정시간 작동시킨 후 밸브 시트 씰에 있는 O-ring을 빼내면 표면은 매끄러우나 단면이 사각 홈 모양으로 변형되어 탄력이 없음을 알 수 있습니다. 심각한 밀봉 실패. 이때,

4. 결론

볼 밸브의 설계 및 개발에서 O-링을 밀봉 요소로 선택할 때 온도, 매체 및 압력과 같은 다양한 작업 조건의 영향과 O-링에 대한 작업 환경의 변화를 종합적으로 고려해야 합니다. 둘째, O-링의 위치, 구조, 설치 및 유지 관리를 무시할 수 없습니다. 이러한 방식으로만 O-링의 서비스 수명을 연장하고 O-링의 서비스 속도를 개선하며 압력 파이프에서 볼 밸브 제품의 정상적인 작동을 보장할 수 있습니다.