閥的種類(lèi)很多,但其基本作用是一致的,即連通或截?cái)嘟橘|(zhì)流。所以閥門(mén)的密封問(wèn)題就顯得非常突出。
要保證閥門(mén)能很好地截?cái)嘟橘|(zhì)流動(dòng),不泄漏,就要保證閥門(mén)的密封完好。引起閥門(mén)泄漏的原因很多,包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的不合理,密封界面有缺陷,緊固件有松動(dòng),閥體與閥蓋之間配合不緊密等,都可能導(dǎo)致閥門(mén)密封不良,從而產(chǎn)生泄漏問(wèn)題。因此,閥門(mén)密封技術(shù)是關(guān)系到閥門(mén)性能和質(zhì)量的重要技術(shù),需要進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。
閥自產(chǎn)生至今,其密封技術(shù)也有了很大的發(fā)展。迄今為止,閥門(mén)密封技術(shù)主要體現(xiàn)在靜密封和動(dòng)密封兩個(gè)方面。
所謂靜密封,一般指兩靜止面之間的密封,靜密封的方法主要是采用墊圈。
所謂動(dòng)密封,閥桿的密封主要是指不讓閥內(nèi)的介質(zhì)隨閥桿運(yùn)動(dòng)而發(fā)生泄漏,動(dòng)密封的方法主要是采用填料函。
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(lèi)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(lèi),每種類(lèi)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。包墊是把某種材料包在另一種材料上的墊圈,這種墊圈一般都有很好的彈性,加強(qiáng)了密封效果。
④異型墊圈。型式墊圈是指那些形狀不規(guī)則的墊圈,包括橢圓墊圈、菱形墊圈、齒輪式墊圈、燕尾式墊圈等,這些墊圈通常具有自緊作用,多用于高中壓閥門(mén)。
⑤波形墊圈。波式墊圈是僅有波狀的墊圈,它通常由金屬和非金屬材料組成,具有壓緊力小、密封效果好等特點(diǎn)。
⑥纏繞墊圈。卷繞墊圈是指將非常薄的金屬帶與非金屬帶纏繞在一起并卷成的墊圈,具有良好的彈性和密封性能。
襯墊的制造材料主要包括金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料三大類(lèi)。一般說(shuō)來(lái),金屬材料強(qiáng)度高、耐溫性強(qiáng),常用金屬材料有銅、鋁、鋼等。有許多非金屬材料,包括塑料制品、橡膠制品、石棉制品、麻制品等,這些非金屬材料用途廣泛,可根據(jù)需要選擇。合成材料的種類(lèi)也很多,包括層合板、復(fù)合板等,也是根據(jù)需要來(lái)選擇,一般在波形墊圈及纏繞墊圈等上面比較常用。
2.動(dòng)密封
動(dòng)封是指閥體內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)不隨閥桿運(yùn)動(dòng)而泄漏的密封,這是一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的密封問(wèn)題,其密封方法主要是采用填料函。填充函的基本形式有壓蓋式和壓緊式兩種基本形式。壓蓋式是目前使用得比較多的形式,一般從壓蓋的形式上來(lái)說(shuō),可以分為組合式和整體式兩種,每一種形式雖然有區(qū)別,但基本都包含有壓緊螺栓。壓緊力一般用于較小的閥門(mén),因?yàn)檫@種形式的閥體尺寸較小,壓力會(huì)受到限制。
填充函中,由于填料直接與閥桿接觸,要求填料密封性好,摩擦系數(shù)小,可以適應(yīng)介質(zhì)的壓力和溫度,且耐腐蝕。現(xiàn)在使用較多的填料有橡膠 O型圈、聚四氟乙烯編織盤(pán)根、石棉盤(pán)根及塑料成型填料等,每一種填料都有其適用的條件和范圍,根據(jù)不同的需要選擇。
封口是為了防止泄漏,那么氣密原理也是從防漏角度來(lái)研究。主要有兩個(gè)原因:一是影響密封件性能的主要因素,即密封副間存在間隙,密封副兩側(cè)存在壓差。從氣密性原理出發(fā),從氣密性、氣密性、漏氣道密封原理以及氣門(mén)密封副四個(gè)方面進(jìn)行分析。
液體的密封性
這種液體是通過(guò)液體的粘度和表面張力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果氣門(mén)的毛細(xì)管中充滿(mǎn)氣體,那么表面張力就會(huì)對(duì)液體產(chǎn)生排斥作用,或向毛細(xì)管中輸入液體。因此,相切的角度就是這樣。如果相切角小于90°,液體將被注入到毛細(xì)管中,從而導(dǎo)致泄漏。泄露的原因是由于介質(zhì)的特性不同。當(dāng)條件相同時(shí),用不同的介質(zhì)做試驗(yàn),會(huì)得到不同的結(jié)果。
可用水、空氣或煤油等。相切角大于90°時(shí),還會(huì)發(fā)生泄漏。這是因?yàn)樗c金屬表面的油膜或蠟?zāi)び嘘P(guān)。這種表面的薄膜一旦被溶解,金屬表面的性質(zhì)就發(fā)生了變化,原來(lái)被排斥的液體會(huì)侵入表面,從而發(fā)生泄漏。對(duì)此,根據(jù)泊松公式,可在降低毛細(xì)管直徑和降低介質(zhì)粘度的前提下,防止泄漏或降低泄漏量。
氣體的密封性
按照泊松公式,氣密程度取決于氣體分子和氣體的粘性。漏泄的大小與毛細(xì)管長(zhǎng)度、氣體粘度成反比,與毛細(xì)管直徑和驅(qū)動(dòng)力成正比。在毛細(xì)管和氣體分子的平均自由度相同的情況下,氣體分子以自由熱運(yùn)動(dòng)流入毛細(xì)管。所以,我們?cè)趯?duì)閥門(mén)進(jìn)行密封試驗(yàn)時(shí),介質(zhì)一定要用水才能起到密封的作用,而用空氣就不能起到密封作用。
即便是把毛細(xì)管直徑降低到低于氣體分子的塑性變形方式,也不能阻止氣體的流動(dòng)。這是因?yàn)闅怏w仍能穿過(guò)金屬壁。因此我們做氣體測(cè)試時(shí),必須比液體測(cè)試更嚴(yán)格。
泄露通道的密封原理
氣門(mén)密封是由波形表面分布的不均勻度和波峰間距離的波紋構(gòu)成的粗糙度兩部分組成。國(guó)