En tant que l'un des principaux composants des vannes et des conduites sous pression, des dissolveurs sous pression, des chaudières et d'autres équipements, les vannes à bille sont utilisées pour contrôler le débit ou la coupure des fluides. Ils sont largement utilisés dans diverses industries telles que le GNL, l'énergie électrique, l'industrie légère, la construction, la métallurgie, etc. En tant que joint torique en caoutchouc à faible coût (ci-après dénommé joint torique) est applicable pour être installé dans diverses vannes pour fournir une protection d'étanchéité dans des conditions statiques ou dynamiques sous une température, une pression et différents milieux liquides et gazeux spécifiés. Lorsque le robinet à tournant sphérique est en position fermée, les exigences d'étanchéité spécifiées (ou les exigences de fuite) doivent être respectées. Dans la conception, le joint torique est sélectionné comme élément d'étanchéité, ce qui peut empêcher avec succès les fuites et obtenir un effet d'étanchéité complet. En particulier, lorsque la tige de vanne tourne pendant le processus d'ouverture et de fermeture de la vanne à bille, le frottement de mouvement du joint torique est très faible et le joint torique est sélectionné comme élément d'étanchéité pour obtenir une fuite nulle. Par conséquent, le joint torique est l'un des éléments d'étanchéité les plus largement utilisés avec le meilleur effet d'étanchéité dans les vannes à boisseau sphérique.

1. Champ d'application

Le robinet à tournant sphérique est une sorte de vanne qui peut être ouverte et fermée par un dispositif d'entraînement manuel, un dispositif d'entraînement pneumatique ou un dispositif d'entraînement électrique dans différentes conditions de travail. Lors de la production du robinet à tournant sphérique, le joint torique est un élément d'étanchéité adapté à diverses formes d'étanchéité. Son étanchéité dynamique et son étanchéité statique jouent un rôle important dans les performances d'étanchéité de divers robinets à tournant sphérique. Prenons l'exemple de la vanne à boisseau sphérique en deux parties, comme illustré à la figure 1. Le joint torique sur la face d'extrémité et dans la tige de vanne peut empêcher efficacement la fuite de divers fluides et assurer le fonctionnement normal du système de vanne. Lorsque le joint torique est installé aux deux extrémités, il appartient à l'effet d'étanchéité statique. Lorsque le joint torique est installé sur le trou central du corps de vanne et de la tige de vanne, il appartient à l'effet d'étanchéité dynamique.

(1) Joint statique

Le joint torique appartient au joint d'extrusion. La caractéristique de base de la structure du joint d'extrusion dépend de la déformation élastique du joint et de la pression de contact sur la surface de contact d'étanchéité. Lorsque la pression de contact est supérieure à la pression interne du milieu étanche, elle joue un rôle d'étanchéité, et au contraire, elle conduit à des fuites. Les corps d'extrémité gauche et droit du robinet à tournant sphérique en deux parties sont en contact métal sur métal et appartiennent à une structure d'étanchéité statique. Afin de réduire ou d'éliminer l'écart de surface d'étanchéité entre eux, le joint torique est sélectionné comme élément d'étanchéité dans la conception. Lorsque la moyenne pression est faible, elle est dans un état statique et la force d'étanchéité requise est très faible. A ce moment, les corps d'extrémité gauche et droit peuvent être rendus étanches par la force de pré-serrage lors du montage et la force élastique du joint torique ; Lorsque la pression moyenne continue d'augmenter, la pression spécifique d'étanchéité augmente également et le joint torique se dilate soudainement. À ce moment, le joint torique empêche efficacement le point de fuite entre les espaces aux deux extrémités, assurant ainsi les performances d'étanchéité du robinet à tournant sphérique.

Lorsque la vanne à bille est ouverte et fermée, quel que soit le mode de conduite adopté, la tige de la vanne tourne. Afin d'empêcher le fluide de s'échapper par l'espace du trou central, une rainure est accrochée sur la tige de valve et intégrée dans le joint torique. Bien que la tige de soupape tourne de 90 ° en va-et-vient, en raison du faible frottement et de la bonne autolubrification du joint torique, elles coopèrent les unes avec les autres pour obtenir un bon effet d'étanchéité. Afin de garantir que le siège de soupape et le noyau de soupape forment une bonne performance d'étanchéité, une rainure est également usinée dans le siège de soupape et le joint torique y est installé. Lorsque la pression du milieu dans la cavité de la valve augmente, le siège de la valve se déplace vers le noyau de la valve sous la poussée de la force du ressort. Sous l'action des hautes performances élastiques du joint torique, l'étanchéité de la cavité interne de la canalisation est assurée. À ce moment, le joint torique commence l'effet d'étanchéité dynamique dans la canalisation. Dans les deux premières formes structurelles, le joint torique appartient à la structure d'étanchéité dynamique.

(3) Joint zéro fuite

La structure d'étanchéité du robinet à boisseau sphérique est divisée en deux types structurels : étanchéité métallique et étanchéité souple. Comparé à la structure d'étanchéité souple, le taux de fuite de la structure d'étanchéité métallique est plus élevé. Selon le niveau de fuite de la vanne API, si le niveau de fuite de la structure d'étanchéité en métal doit atteindre VI (équivalent à une fuite nulle), et la température doit être inférieure à 200 ℃. À l'heure actuelle, le joint torique est sélectionné comme élément d'étanchéité pour les vannes à boisseau sphérique à étanchéité statique et dynamique. Tous les paramètres de conception sont entièrement respectés. Pour la vanne à boisseau sphérique, afin d'empêcher le milieu gazeux de fuir à travers divers canaux, provoquant une inflammabilité et une explosion, des joints toriques sont intégrés à chaque point de fuite, ce qui peut empêcher efficacement la fuite du corps de la vanne. La valeur de clairance est inférieure à 0,001 μm.

2. Sélection des matériaux

Il existe de nombreux types de matériaux de joints toriques, notamment le caoutchouc fluoré (FKM), le caoutchouc nitrile (NBR) et le caoutchouc de silicone (VMQ), le caoutchouc éthylène propylène (EPDM), le caoutchouc naturel (NR), le HNBR, le FFKM, etc. Les matériaux des joints toriques des robinets à tournant sphérique sont généralement du caoutchouc fluoré, du caoutchouc nitrile et du caoutchouc de silicone. Pour les robinets à tournant sphérique nécessitant une température élevée, tels que les robinets à tournant sphérique au-dessus de 200 ℃, il est recommandé de sélectionner d'autres types d'éléments d'étanchéité. Le matériau du joint torique utilisé dans le robinet à tournant sphérique est non seulement lié à la température, au milieu et à la pression, mais également affecté par les conditions de fonctionnement, l'environnement et divers facteurs complets.

(1) Température

La température est l'un des principaux facteurs affectant la plage d'utilisation des joints toriques. Dans le processus de conception du robinet à tournant sphérique, la température applicable des joints toriques sélectionnés est généralement de -29 ~ 180 ℃. Pour les robinets à tournant sphérique soumis à des conditions de haute ou de basse température, des matériaux synthétiques spéciaux doivent être sélectionnés comme joints pour répondre aux exigences de performance d'étanchéité.

Dans les matériaux en caoutchouc courants, le FKM a une excellente résistance aux hautes températures. La plage de température de fonctionnement du FKM ordinaire est de - 25 ~ 240 ℃, tandis que la marque spéciale de FFKM peut résister à la température constante de 300 ℃ ou à la température élevée instantanée de 340 ℃ sans durcissement ni expansion. Par conséquent, pour les robinets à tournant sphérique utilisés à haute température dans d'autres conditions de travail, le FFKM peut être considéré de manière appropriée.

Le caoutchouc se fragilise et perd son effet d'étanchéité lorsqu'il est utilisé dans des conditions de basse température. Par conséquent, les vannes à boisseau sphérique basse température ne sont généralement pas recommandées. Le silicone est l'un des matériaux les plus résistants aux basses températures dans les matériaux en caoutchouc. Bien qu'il puisse atteindre - 100 ℃, il a une faible résistance à la traction et une faible résistance à l'usure. Généralement, il ne peut pas être utilisé pour les pièces d'étanchéité dynamiques en rotation. Par conséquent, les vannes à bille dans des conditions de basse température ne conviennent pas à la sélection. Selon les données pertinentes, la température de service du caoutchouc de silicone est de - 60-220 ℃, ce qui améliore la résistance chimique et les propriétés mécaniques sur la base du maintien de la résistance à la température du caoutchouc de silicone.

(2) Moyen

En tant que l'une des cinq vannes principales, les vannes à bille sont applicables à différentes industries d'ingénierie. Pour différents supports, il est très nécessaire de sélectionner des matériaux en caoutchouc appropriés et des joints toriques avec des matériaux appropriés. Par exemple, les joints toriques FKM ont une résistance aux flammes, une bonne étanchéité à l'air, une résistance à l'ozone et une excellente résistance à la corrosion. Le joint torique en silicone convient mieux aux vannes à bille contenant de la poussière et des particules. Le joint torique en nitrile a une bonne étanchéité et une bonne absorption des chocs dans l'huile, l'acide, l'alcali, l'abrasion, l'invasion chimique et d'autres environnements. Par conséquent, des joints toriques appropriés peuvent être sélectionnés dans le robinet à tournant sphérique pour d'autres fluides chimiques mixtes tels que les fluides acides, l'huile, l'eau, le gaz, les fluides oxydants et réducteurs.

(3) Pression

Selon le principe chimique du joint torique ; La dureté du joint torique est généralement shore 50-90. Lorsque la conduite de pression de la vanne est faible, le joint torique avec la dureté Shore 50-70 doit être préféré pour la réduction des coûts et la protection de l'environnement. Lorsque la conduite de pression de la vanne est élevée, le joint torique avec la dureté Shore 70-90 doit être recommandé pour la sécurité. Lorsque la pression du pipeline est supérieure ou égale à 150 LB ou 1,0 MPa, le joint torique doit être encastré dans la rainure métallique pour éviter que le joint torique ne soit comprimé et déformé par le changement de pression. De plus, le joint torique est facilement endommagé sous haute pression. C'est-à-dire que sous l'action de la haute pression, des molécules de gaz à haute pression s'infiltrent longtemps dans le joint torique. Lorsque la pression externe du joint torique diminue instantanément, les molécules de gaz à haute pression internes sont faciles à diffuser rapidement et à casser le joint torique. Par exemple, le joint torique d'étanchéité au niveau du siège de soupape. Lorsque la vanne à bille est tournée et ouverte, la pression interne de la cavité de la vanne libère le fluide et émet un son énorme. À ce moment, le joint torique s'avère avoir été brisé, indiquant que les performances d'étanchéité du robinet à tournant sphérique ont échoué. On peut voir que dans ce cas, il est recommandé d'utiliser un joint torique avec des performances d'étanchéité élevées pour l'étanchéité du siège de soupape, ou de remplacer le joint torique en temps opportun pour assurer le fonctionnement normal du tuyau de soupape. À ce moment, le joint torique s'avère rompu, ce qui indique que les performances d'étanchéité du robinet à tournant sphérique ont échoué. On peut voir que dans ce cas, il est recommandé d'utiliser un joint torique avec des performances d'étanchéité élevées pour l'étanchéité du siège de soupape, ou de remplacer le joint torique en temps opportun pour assurer le fonctionnement normal du tuyau de soupape. À ce moment, le joint torique s'avère rompu, ce qui indique que les performances d'étanchéité du robinet à tournant sphérique ont échoué. On peut voir que dans ce cas, il est recommandé d'utiliser un joint torique avec des performances d'étanchéité élevées pour l'étanchéité du siège de soupape, ou de remplacer le joint torique en temps opportun pour assurer le fonctionnement normal du tuyau de soupape.

3. Méthodes d'analyse et de traitement des défaillances

Grâce à une utilisation à long terme et à des tests pratiques, il existe trois facteurs complets à l'origine de la défaillance du joint torique.

(1) Incompatible avec les médias

Dans la conception quotidienne du produit du robinet à tournant sphérique, le joint torique sélectionné n'est pas compatible avec le milieu du canal, ce qui entraînera de la corrosion, une déformation par gonflement et une fracture. De tels problèmes affecteront sérieusement la qualité des produits de robinet à tournant sphérique. Par exemple, pour les fluides à forte concentration acido-basique tels que l'acide nitrique, l'acide sulfurique et le chlorure de sodium, l'application d'un joint torique doit être soigneusement prise en compte lors de la conception du robinet à tournant sphérique.

(2) Rupture par fatigue

Dans le robinet à boisseau sphérique à l'épreuve du feu à trois pièces utilisé dans le pipeline de vannes à gaz. Si la pression du robinet à tournant sphérique est de 4,0 MPa et que la pression réelle dans les conditions de service est de 6,3 MPa, on constate que le joint torique au niveau de la bague de support tombe en panne lorsque le robinet à tournant sphérique est installé dans le tuyau de pression et fonctionne pendant un période de temps. Après analyse, étant donné que la plage de pression de travail réelle est supérieure à la plage de fluctuation du système de canalisation et que la pression entre eux est très proche, la fréquence d'ouverture et de fermeture est élevée, ce qui entraîne la contraction alternative du joint torique et le joint torique. atteint la limite de vie spécifiée. Cela conduit à une rupture par fatigue des joints toriques. Afin d'assurer le fonctionnement normal du réseau de canalisations,

(3) Rupture par déformation permanente

Parmi tous les matériaux d'étanchéité utilisés dans les robinets à tournant sphérique, le joint torique en caoutchouc a une dureté relativement inférieure à celle du polytétrafluoroéthylène (PTFE) et du graphite flexible, mais sa résilience est supérieure aux deux premiers. S'il est appliqué à des tuyaux de soupape à haute température et à haute pression, le caoutchouc sera déformé par la chaleur et la pression, et il est facile de produire une déformation et une défaillance permanentes. Si le produit de robinet à tournant sphérique est utilisé dans la conduite de gaz naturel à basse pression, le joint torique d'une dureté de 65 shore est sélectionné comme élément d'étanchéité. Une fois que le produit a fonctionné pendant un certain temps, le joint torique du joint du siège de soupape est retiré et on constate que sa surface est lisse, mais sa section transversale s'est transformée en forme de rainure carrée sans résilience, ce qui entraîne en cas de défaillance grave de l'étanchéité. En ce moment,

4. Conclusion

Lors de la conception et du développement de vannes à boisseau sphérique, lors de la sélection de joints toriques comme éléments d'étanchéité, l'influence de différentes conditions de travail telles que la température, le fluide et la pression et le changement d'environnement de travail sur les joints toriques doivent être pleinement pris en compte. Deuxièmement, la position, la structure, l'installation et l'entretien des joints toriques ne peuvent être ignorés. Ce n'est qu'ainsi que la durée de vie des joints toriques peut être prolongée, que le taux de service des joints toriques peut être amélioré et que le fonctionnement normal des produits à clapet à bille dans les conduites sous pression peut être assuré.