閥門密封性原理



    閥門的種類繁多，但是基本的作用卻是一致的，那就是連通或者截?cái)嘟橘|(zhì)流。因此，閥門的密封問題就顯得十分突出。



    要保證閥門能夠良好的截?cái)嘟橘|(zhì)流，不發(fā)生泄漏，就要保證閥門的密封完好。而造成閥門泄漏的原因很多，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的不合理、密封接觸面有缺陷、緊固零件發(fā)生松動(dòng)、閥體與閥蓋間的配合不緊密等等，所有這些問題都可能導(dǎo)致閥門密封不好，從而產(chǎn)生泄漏問題。所以，閥門密封技術(shù)是關(guān)系到閥門性能和質(zhì)量的一項(xiàng)重要技術(shù)，需要進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。



    閥門從產(chǎn)生到現(xiàn)在，其密封技術(shù)也經(jīng)歷了很大的發(fā)展。到目前為止，閥門密封技術(shù)主要體現(xiàn)在兩大方面，即靜密封和動(dòng)密封。



所謂靜密封，通常是指兩個(gè)靜止面之間的密封，靜密封的密封方法主要是使用墊圈。



所謂動(dòng)密封，主要是指閥桿的密封，即不讓閥內(nèi)的介質(zhì)隨閥桿運(yùn)動(dòng)而發(fā)生泄漏，動(dòng)密封的密封方法主要是使用填料函。

1. 靜密封

    靜密封是指在兩個(gè)靜止的截面之間形成密封，其密封方法主要是使用墊圈。墊圈的種類很多，經(jīng)常使用的墊圈包括平墊圈、O形圈、包墊圈、異形墊圈、波形墊圈和纏繞墊圈等幾大類，每種類型下面又可以根據(jù)使用材料的不同而進(jìn)一步進(jìn)行劃分。

    ①平墊圈。平墊圈就是平整的貼于兩個(gè)靜止截面之間的墊圈，一般根據(jù)使用的材料可以劃分為塑料平墊圈、橡膠平墊圈、金屬平墊圈和復(fù)合材料平墊圈，每種材料的平墊圈都有其適用的范圍。

    ②O形圈。O型圈是指斷面形狀呈O型的墊圈，由于其斷面形狀是O型，有一定的自緊作用，所以密封效果比平墊圈好。

    ③包墊圈。包墊圈是指將某種材料包裹在另一種材料上的墊圈，這樣的墊圈一般具有良好的彈性，可以增強(qiáng)密封效果。

    ④異型墊圈。異型墊圈是指那些形狀不規(guī)則的墊圈，包括橢圓形墊圈、菱形墊圈、齒輪型墊圈、燕尾型墊圈等，這些墊圈一般有自緊作用，大多在高中壓閥門中使用。

    ⑤波形墊圈。波形墊圈是只具有波浪形狀的墊圈，這類墊圈通常是將金屬材料和非金屬材料組合起來構(gòu)成，一般具有壓緊力小，密封效果好的特點(diǎn)。

    ⑥纏繞墊圈。纏繞墊圈是指把很薄的金屬帶和非金屬帶緊貼在一起、纏繞形成的墊圈，這類墊圈具有良好的彈性和密封性。

    墊圈的制作材料主要包括三大類，即金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料。一般來說，金屬材料的強(qiáng)度高，耐溫性能強(qiáng)，常用的金屬材料有銅、鋁、鋼等。非金屬材料的種類很多，包括塑料制品、橡膠制品、石棉制品、麻制品等，這些非金屬材料的使用大范圍，根據(jù)具體的需要來選用。復(fù)合材料的種類也很多，包括層合板、復(fù)合板等，也是根據(jù)具體需要選用，一般在波形墊圈和纏繞墊圈等上面使用的比較多。



2. 動(dòng)密封

    動(dòng)密封是指不讓閥內(nèi)的介質(zhì)流隨閥桿運(yùn)動(dòng)而泄漏的密封，這是一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中的密封問題，其密封方法主要是采用填料函。填料函的基本形式有兩種，即壓蓋式和壓緊螺母式。壓蓋式是目前使用得很多的形式，一般從壓蓋的形式而言，可以分為組合式和整體式兩種，每種形式雖有區(qū)別，但是基本上都包含有壓緊用的螺栓。壓緊螺母式一般用于較小的閥門，由于這種形式的尺寸較小，所以壓緊力是受到限制的。

    在填料函內(nèi)，由于填料是直接與閥桿接觸的，所有要求填料的密封性好、摩擦系數(shù)小、能夠適應(yīng)介質(zhì)的壓力和溫度、并且耐腐蝕。目前比較常用的填料包括橡膠O型圈、聚四氟乙烯編織盤根、石棉盤根和塑料成型填料等，每種填料都有其適應(yīng)的條件和范圍，根據(jù)具體的需要來選取。

    密封就是防止泄漏，那么閥門密封性原理也是從防止泄漏研究的。造成泄漏的因素主要有兩個(gè)，一個(gè)是影響密封性能的很主要的因素，即密封副之間存在著間隙，另一個(gè)則是密封副的兩側(cè)之間存在著壓差。閥門密封性原理也是從液體的密封性、氣體的密封性、泄漏通道的密封原理和閥門密封副等四個(gè)方面來分析的。






液體的密封性



    液體的密封性是通過液體的粘度和表面張力來進(jìn)行。當(dāng)閥門泄漏的毛細(xì)管充滿氣體的時(shí)候，表面張力可能對(duì)液體進(jìn)行排斥，或者將液體引進(jìn)毛細(xì)管內(nèi)。這樣就形成了相切角。當(dāng)相切角小于90°的時(shí)候，液體就會(huì)被注入毛細(xì)管內(nèi)，這樣就會(huì)發(fā)生泄漏。發(fā)生泄漏的原因在于介質(zhì)的不同性質(zhì)。用不同介質(zhì)做試驗(yàn)，在條件相同的情況下，會(huì)得出不同的結(jié)果。

    可以用水，用空氣或用煤油等。而當(dāng)相切角大于90°時(shí)，也會(huì)發(fā)生泄漏。因?yàn)榕c金屬表面上的油脂或蠟質(zhì)薄膜有關(guān)系。一旦這些表面的薄膜被溶解掉，金屬表面的特性就發(fā)生了變化，原來被排斥的液體，就會(huì)侵濕表面，發(fā)生泄漏。針對(duì)上述情況，根據(jù)泊松公式，可以在減少毛細(xì)管直徑和介質(zhì)粘度較大的情況下，來實(shí)現(xiàn)防止泄漏或減少泄漏量的目的。






氣體的密封性



    根據(jù)泊松公式，氣體的密封性與氣體分子和氣體的粘性有關(guān)。泄漏與毛細(xì)管的長(zhǎng)度和氣體的粘度成反比，與毛細(xì)管的直徑和驅(qū)動(dòng)力成正比。當(dāng)毛細(xì)管的直徑和氣體分子的平均自由度相同時(shí)，氣體分子就會(huì)以自由的熱運(yùn)動(dòng)流進(jìn)毛細(xì)管。因此，當(dāng)我們?cè)谧鲩y門密封試驗(yàn)的時(shí)候，介質(zhì)一定要用水才能起到密封的作用，用空氣即氣體就不能起到密封的作用。

    即使我們通過塑性變形方式，將毛細(xì)管直徑降到氣體分子以下，也仍然不能阻止氣體的流動(dòng)。原因在于氣體仍然可以通過金屬壁擴(kuò)散。所以我們?cè)谧鰵怏w試驗(yàn)時(shí)，一定要比液體試驗(yàn)更加的嚴(yán)格。







泄漏通道的密封原理



    閥門密封由散布在波形面上的不平整度和波峰間距離的波紋度構(gòu)成粗糙度兩個(gè)部分組成。在我國(guó)大部分的金屬材料彈性應(yīng)變力都較低的情況下，如果要達(dá)到密封的狀態(tài)，就需要對(duì)金屬材料的壓縮力提更高的要求，即材料的壓縮力要超過其彈性。因此，在進(jìn)行閥門設(shè)計(jì)時(shí)，密封副結(jié)合一定的硬度差來匹配，在壓力的作用下，就會(huì)產(chǎn)生一定程度的塑性變形密封的效果。

    如果密封表面都是金屬材料，那么表面不平整的凸出點(diǎn)就會(huì)很早的出現(xiàn)，在很初只需用較小的載荷就可以使這些不平整的凸出點(diǎn)產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)接觸面增大時(shí)，表面的不平整就會(huì)變成塑性-彈性變形。這時(shí)處在凹處的兩面粗糙度就會(huì)存在。需要施加能使底層材料產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形的載荷時(shí)，并且使得兩表面接觸緊密，沿著連續(xù)線和環(huán)向方向才能使這些尚存的通徑密合。







閥門密封副



    閥門密封副是閥座和關(guān)閉件在互相接觸時(shí)進(jìn)行關(guān)閉的那一部分。金屬密封面在使用過程中，容易受到夾入介質(zhì)，介質(zhì)腐蝕，磨損顆粒，氣蝕和沖刷的損害的。比如磨損顆粒。如果磨損顆粒比表面的不平整度小，在密封面磨合時(shí)，其表面精度就會(huì)得到改善，而不會(huì)變壞。相反，則會(huì)使表面精度變壞。因此在選擇磨損顆粒時(shí)，要綜合考慮其材料，工況，潤(rùn)滑性和對(duì)密封面的腐蝕情況等因素。

    如同磨損顆粒一樣，我們?cè)谶x擇密封件時(shí)，要綜合考慮影響其性能的各種因素，才能起到防泄漏的功能。因此，必須選擇那些抗腐蝕，抗擦傷和耐沖刷的材料。否則，缺少任何一項(xiàng)要求，就會(huì)使其密封性能大降低。

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