Круглое клапано сиденья PEEK с пневматическим приводом или PCTFE сиденьем для высокопроизводительных приложений

Существуют две основные категории полимеров, используемых для седел шаровых клапанов: PTFE (как первичный, так и наполненный) и PEEK. Они являются популярными материалами по нескольким причинам, но каждый из них лучше адаптирован к определенным областям применения. 

Шаровые клапаны

Шаровые клапаны используются для регулирования потока воды, масла, пара, воздуха, суспензий и агрессивных жидкостей. Они могут быть найдены в системах отопления, вентиляции и кондиционирования, нефтехимической переработке, пищевой промышленности, системах водоснабжения, автоматических системах сгорания и контрольно-измерительных приборах. 

Хотя в шаровом клапане есть различные детали (например, шток, гайка штока, шар, корпус), одной из самых важных частей является седло шарового клапана. Седла шаровых клапанов выполняют две основные задачи: равномерно распределять напряжение посадки и обеспечивать надежное уплотнение - и для этого они должны быть изготовлены из подходящего материала.

Основные свойства материалов для седел шаровых клапанов

Существует шесть критических свойств, которыми должен обладать любой материал для седел шаровых клапанов: 

• Низкое трение для уменьшения крутящего момента штока
• Отличная износостойкость
• Хорошее восстановление напряжения
• Достаточная эластичность для поддержания надежного уплотнения
• Стабильность размеров
• Химическая совместимость с используемой средой

Если шаровые клапаны используются в пищевой, молочной или фармацевтической промышленности, они также могут требовать материалы, одобренные FDA. И хотя существует множество полимерных материалов, которые можно использовать, PTFE, наполненный PTFE и PEEK являются наиболее часто используемыми.

Свойства материалов для суровых условий

Есть и другие соображения, зависящие от рабочей среды. Они могут включать стабильность размеров и надежную работу при экстремальных температурах (которые могут включать криогенные), а также способность выдерживать процедуры стерилизации, включающие горячую воду, пар и/или едкие чистящие материалы. И если происходит длительное воздействие воды или влажности, седло шарового клапана должно иметь низкий коэффициент гигроскопического расширения. Кроме того, может возникнуть потребность в материалах, огнестойких, пожаростойких или подходящих для использования в средах с радиацией.

Седла шаровых клапанов из PTFE

PTFE давно является популярным выбором для материалов седел шаровых клапанов и доступен в классах, одобренных FDA. Первичный PTFE имеет самый низкий коэффициент трения среди всех существующих термопластов, а также доступны наполненные PTFE марки с очень низким трением. Этот полимер также способен работать всухую (и, следовательно, не требует смазочных материалов) и не проявляет эффекта скачкообразного движения. 

PTFE обеспечивает отличную износостойкость и хорошее восстановление напряжения, которое может быть улучшено правильным выбором добавок. Он обладает достаточной пластичностью для обеспечения хорошего уплотнения даже при экстремальных температурах и высококоррозионных материалах. Он имеет как низкий коэффициент теплового расширения, так и хороший коэффициент гигроскопического расширения, что делает его стабильным по размерам. Он также огнестойкий, гидрофобный и несмачиваемый

Химическая совместимость и работа при высоких температурах PTFE означают, что он хорошо работает с областями применения, связанными с санитарией и стерилизацией. Кроме того, его химическая совместимость хорошо сочетается с широким спектром сред, за исключением фтора и жидких щелочей. Его рабочий диапазон температур включает криогенные температуры от -429°F до 400°F. Однако обратите внимание, что температурные характеристики первичного PTFE сильно зависят от рабочего давления.

Среди недостатков PTFE - его подверженность холодной текучести, он лучше всего подходит для температур не выше 5 кси и имеет ограниченные характеристики в присутствии радиации из-за максимальной пожизненной дозы облучения 1×104 рад. Он также подвержен проблемам с декомпрессией после высокого давления и не должен подвергаться колебаниям температуры более 167°F.

Седла шаровых клапанов из наполненного PTFE

Что касается наполненного PTFE, наиболее подходящими комбинациями являются углеродный графит и стеклонаполнитель.  Углеродный графит, армированный PTFE, выбирают вместо первичного PTFE, когда высокие температуры и давления являются частью нормальной рабочей среды. Он обеспечивает лучшие характеристики износа и менее подвержен холодной текучести, чем первичный PTFE, сохраняя при этом довольно низкий коэффициент трения.

Стеклонаполненный PTFE также сохраняет многие положительные аспекты первичного PTFE, предлагая при этом лучшую устойчивость к экструзии и лучшие характеристики износа. Он часто является материалом седел шаровых клапанов для пищевой, молочной и фармацевтической промышленности и по-прежнему сохраняет довольно низкий коэффициент трения. Однако из-за стеклянных волокон он с большей вероятностью будет абразивным, а также несовместим с химическими веществами, которые, как известно, разрушают стекло, такими как кислоты и сильные щелочи. Обратите внимание, что стеклонаполненный PTFE является огнестойким.

Другим вариантом является армированный нержавеющей сталью PTFE, состоящий из 50% PTFE и 50% порошкообразной нержавеющей стали 316. Этот конкретный сорт наполненного PTFE предлагает немного больший рабочий диапазон температур, чем первичный PTFE (до 550°F), и может выдерживать гораздо более высокие давления. Его основным недостатком является то, что коэффициент трения значительно выше, что может привести к более быстрому износу и высокому крутящему моменту штока. Однако он огнестойкий.

Седла шаровых клапанов из PEEK

PEEK имеет много общего с PTFE, включая широкий диапазон температур от -70°F до 600°F и хорошую химическую совместимость. Его коэффициент трения не такой низкий, как у PTFE, но он работает чрезвычайно хорошо в областях применения, связанных с высокой температурой и давлением. Он также более устойчив к истиранию и прочнее, чем PTFE.

В отличие от PTFE, он обеспечивает отличные характеристики при воздействии радиации, что делает его хорошо адаптированным к ядерным приложениям, и лучше работает при чрезвычайно высоких температурах, которые PTFE не может выдержать, что делает его отличным выбором для нефтегазовой промышленности. Он также является огнестойким.

PEEK не обладает таким же диапазоном химической совместимости, как PTFE, и никогда не должен подвергаться воздействию серной кислоты или использоваться в агрессивных средах. Однако он хорошо работает в ситуациях, связанных с постоянным воздействием горячей воды и пара, а также сверхвысоким вакуумным давлением. Помимо того, что PEEK значительно тверже, чем PTFE, он проявляет хрупкое поведение при более низких температурах.

Заключение

PTFE, наполненный PTFE и PEEK - отличные высокоэффективные полимеры для седел шаровых клапанов в широком спектре применений.