對閥門密封性能的要求,要防止泄漏角度出發(fā)。根據(jù)其泄漏的不同部位和程度,導(dǎo)致閥門的泄漏情況不同,因此,需要提出不同的防漏措施。
閥門密封性原理
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,一個是影響密封性能的最主要的因素,即密封副之間存在著間隙,另一個則是密封副的兩側(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方面來分析的。
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)管充滿氣體的時候,表面張力可能對液體進(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°的時候,液體就會被注入毛細(xì)管內(nèi),這樣就會發(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,在條件相同的情況下,會得出不同的結(jié)果。
可以用水,用空氣或用煤油等。而當(dāng)相切角大于90°時,也會發(fā)生泄漏。因為與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,就會侵濕表面,發(fā)生泄漏。針對上述情況,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,來實現(xiàn)防止泄漏或減少泄漏量的目的。
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)管的長度和氣體的粘度成反比,與毛細(xì)管的直徑和驅(qū)動力成正比。
當(dāng)毛細(xì)管的直徑和氣體分子的平均自由度相同時,氣體分子就會以自由的熱運動流進(jìn)毛細(xì)管。因此,當(dāng)我們在做閥門密封試驗的時候,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。原因在于氣體仍然可以通過金屬壁擴(kuò)散。所以我們在做氣體試驗時,一定要比液體試驗更加的嚴(yán)格。
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)成粗糙度兩個部分組成。在我國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)計時,密封副結(jié)合一定的硬度差來匹配,在壓力的作用下,就會產(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就會最早的出現(xiàn),在最初只需用較小的載荷就可以使這些不平整的凸出點產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)接觸面增大時,表面的不平整就會變成塑性-彈性變形。這時處在凹處的兩面粗糙度就會存在。
需要施加能使底層材料產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形的載荷時,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。
閥門密封副是閥座和關(guān)閉件在互相接觸時進(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,其表面精度就會得到改善,而不會變壞。相反,則會使表面精度變壞。因此在選擇磨損顆粒時,要綜合考慮其材料,工況,潤滑性和對密封面的腐蝕情況等因素。
如同磨損顆粒一樣,我們在選擇密封件時,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,缺少任何一項要求,就會使其密封性能大大降低。
影響閥門密封的主要因素
影響閥門密封的因素很多,主要有以下幾種:
在溫度或密封力作用的變化下,密封副的結(jié)構(gòu)就會發(fā)生變化。而且這種變化會影響和改變密封副相互之間的作用力,從而使閥門密封的性能減小。
因此,在選擇密封件時,一定要選擇具有彈性變形的密封件。同時,也要注意密封面的寬度。原因在于密封副的接觸面不能完全吻合,當(dāng)密封面寬度增加,就要加大密封所需要的作用力。
密封面的比壓大小影響著閥門密封性能大小和閥門的使用壽命。因此,密封面比壓也是非常重要的一個因素。在相同的條件下,比壓太大會引起閥門的損壞,但比壓太小酒會造成閥門泄漏。因此,需要我們在設(shè)計時要充分考慮到比壓的合適度。
介質(zhì)的物理性質(zhì)也影響到閥門密封性能。這些物理性質(zhì)包括溫度,粘度和表面的親水性等。溫度變化不僅影響著密封副的松弛度和零件尺寸的改變,還與氣體的粘度有著密不可分的關(guān)系。氣體粘度隨著溫度的升高或降低而增大或減小。
因此,為了減少溫度對閥門密封性能的影響程度,我們在進(jìn)行密封副設(shè)計時,要把其設(shè)計成彈性閥座等具有熱補償性的閥門。粘度與流體的滲透能力有關(guān)。
當(dāng)在相同條件下時,粘度越大,流體的滲透能力就越小。表面的親水性是指在金屬表面有一層薄膜時,要去掉這層薄膜。因為這層很薄的油膜,會破壞表面的親水性,導(dǎo)致堵塞流體的通道。
密封副質(zhì)量主要是指我們要對材料的選擇,匹配,制造精度上進(jìn)行把關(guān)。比如,閥瓣與閥座密封面很吻合,能提高密封性。環(huán)向波紋度多的特點,是其迷宮密封性能好。
閥門泄露在生活、生產(chǎn)中十分普遍,輕則會造成浪費,或給生活帶來危險,如自來水閥門泄露,重則導(dǎo)致嚴(yán)重后果的發(fā)生,如化工行業(yè)的有毒、有害、易燃、易爆及腐蝕性介性質(zhì)的泄漏等,嚴(yán)重的威脅人身安全、財產(chǎn)安全和環(huán)境污染的事故。
一臺依靠外力旋轉(zhuǎn)傳動開及關(guān)閉的閥門都設(shè)計有一個密封裝置既用在填料涵中裝上一定數(shù)量的填料密封圈,以至達(dá)到密封效果,但密封情況有如何呢?
閥門的填料處泄漏是閥門中最容易出現(xiàn)泄漏故障的部位其一,但究其原因大致有二個方面的原因。
閥門密封形式
密封件在閥門中也是十分關(guān)鍵的部件。閥門的密封性能是指閥門各密封部位阻止介質(zhì)泄漏的能力,它是閥門最重要的技術(shù)性能指標(biāo)。
閥門的密封部位有三處:
啟閉件與閥座兩密封面間的接觸處;填料與閥桿和填料函的配合處;閥體與閥蓋的連接處。其中前一處的泄漏叫做內(nèi)漏,也就是通常所說的關(guān)不嚴(yán),它將影響閥門截斷介質(zhì)的能力。對于截斷閥類來說,內(nèi)漏是不允許的。后兩處的泄漏叫做外漏,即介質(zhì)從閥內(nèi)泄漏到閥外。
外漏會造成物料損失,污染環(huán)境,嚴(yán)重時還會造成事故。對于易燃易爆 、有毒或有放射的介質(zhì),外漏更是不能允許的,因而閥門必須具有可靠的密封性能。
如何解決密封問題不成輕忽,閥門跑、冒、滴、漏現(xiàn)象,盡年夜部門發(fā)生這里。下面我們將計議閥門動密封、靜密封問題。
閥門動密封,主指閥桿密封。不讓閥內(nèi)介質(zhì)隨閥桿運動而泄漏,是閥門動密封中心課題。
填料函形式:閥門動密封,以填料函為主。填料函基本形式是:
1、壓蓋式:這是用最多形式。
統(tǒng)一形式又能許多細(xì)節(jié)區(qū)分。例如,從壓緊螺栓來說,可分T形螺栓(用于壓力≤16千克/平方厘米低壓閥門)、雙頭螺栓和活節(jié)螺栓等。從壓蓋來說,可分整體式和組合式。
2、壓緊螺母式:這類形式,外形尺寸小,但壓緊力受限制,只使用于小閥門。
填料:填料函內(nèi),以填料與閥桿直接接觸并布滿填料函,阻止介質(zhì)外漏。對填料有以下要求:
密封性好;
耐侵蝕;
磨擦系數(shù);
順應(yīng)介質(zhì)溫度和壓力。
波紋管密封:
化學(xué)工業(yè)和原子能工業(yè)迅速成長,易燃、易爆、劇毒和帶放射性物資增多,對閥門密封有了更嚴(yán)酷要求,有場所已沒法使用填料密封,發(fā)生了新密封形式-波紋管密封。這類密封不需填料,也叫無填料密封。
波紋管兩頭,與別零件焊死。當(dāng)閥桿升降時,波紋管伸縮,波紋管自己不漏,介質(zhì)便沒法泄出。為保險起見,往往采用波紋管與填料兩重密封。
什么是靜密封呢?靜密封通常是指兩個靜止面之間的密封。密封辦法主要是使用墊圈。
經(jīng)常使用墊圈性能:
使用閥門時,往往具體情況,更換原帶墊圈。常有墊圈有:橡膠平墊圈、橡膠O形圈、塑料平墊圈、聚四氟乙烯包墊圈、石棉橡膠墊圈、金屬平墊圈、金屬異形墊圈、金屬包皮墊圈、波形墊圈、環(huán)繞糾纏墊圈等。
1、橡膠平墊圈:變形容易,壓緊時不艱苦,但耐壓、耐溫能力都較差,只用于壓力低、溫度不高方。自然橡膠有一定耐酸堿性能,使用溫度不宜跨越60℃;氯丁橡膠也能耐某些酸堿,使用溫度80℃;丁腈橡膠耐油,可用至80℃;氟橡膠耐侵蝕性能很好,耐溫性能也比一般橡膠強(qiáng),可150℃介質(zhì)中使用。
2、橡膠O形墊圈:斷面外形是正圓,有一定自緊作用,密封效果比平墊圈好,壓緊力更小。
3、塑料平墊圈:塑料最年夜特點是耐侵蝕性好,年夜部門塑料耐溫性能欠好。聚四氟乙烯為塑料之冠,耐侵蝕性能優(yōu)良,耐溫范圍比力寬闊,可-180℃~+200℃之內(nèi)持久使用。
4、聚四氟乙烯包墊圈:充實闡揚聚四氟乙烯優(yōu)點,同時彌補它彈性較差錯誤謬誤,做成聚四氟乙烯包裹橡膠或石棉橡膠墊圈。這樣,既同聚四氟乙烯平墊圈一樣耐侵蝕,又有優(yōu)秀彈性,增強(qiáng)密封效果,減小壓緊力。
5、石棉橡膠墊圈:由石棉橡膠板剪成。它組分是60~80%石棉和10~20%橡膠,和填充劑、硫化劑等。它有很好耐熱性、耐冷性、化學(xué)穩(wěn)定性,貨源豐碩,價格廉價。使用時,壓緊力沒必要很年夜。它能粘附金屬,最好概況涂一層石墨粉,以免拆卸時費勁。
6、金屬平熱圈:鉛,耐溫100℃;鋁430℃;銅315℃;低碳鋼550℃;銀650℃;鎳810℃;蒙乃爾(鎳銅)合金810℃,不銹鋼870℃。其中鉛耐壓能力較差,鋁可耐64千克/平方厘米,其他材料可耐高壓。
7、金屬異性墊圈:
透鏡墊圈:有自緊作用,使用于高壓閥門。
橢圓形墊圈:也屬于高壓自緊墊圈。
錐面雙墊圈:用于高壓內(nèi)自慎密封。
此外,還有方形、菱形、三角形、齒形、燕尾形、B形、C形等,一般只高中壓閥門中使用。
8、金屬包皮墊圈:金屬既有優(yōu)秀耐溫耐壓性能,又有優(yōu)秀彈性。包皮材料有鋁、銅、低碳鋼、不銹鋼、蒙乃爾合金等。里面填充材料有石棉、聚四氟乙烯、玻璃纖維等。
9、波形墊圈:具有壓緊力小,密封效果好特點。常采用金屬與非金屬組合形式。
10、環(huán)繞糾纏墊圈:是把很薄金屬帶和非金屬帶緊貼一起,環(huán)繞糾纏成多層圓形,斷面呈海浪狀,有很好彈性和密封性。金屬帶可用08鋼、0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、銅、鋁、鈦、蒙乃爾合金等建造。非金屬帶材料有石棉、聚四氟乙烯等。
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