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截止阀原理之密封

来源: 上海阀门 时间: 2011-12-27 点击: 4,127

作为截止阀原理的一部分,截止阀的密封原理可能深入了解的人不多,根据截止阀密封副的材料不同,截止阀可使用金属密封和非金属密封。使用金属密封及非金属陶瓷密封时,不但需要密封比压高,而且需要四周均匀,以达到所需的密封性。根据以上要求,密封副的结构设计有多种,其密封原理及密封力的计算也不尽相同。

(1) 截止阀原理之平面密封

平面密封的优点是接触面密合时无摩擦,因此对关闭件的导向要求并不重要,对密封面材料抗擦伤的要求也不严格。同时,由于管道应力而使密封面圆度受变形时,也不会影响密封面的密封性能。缺点是介质中的固体颗粒和沉淀物易损伤密封面。其密封原理是当介质从阀瓣下方流人时,所施加的密封力必须等于或大于密封面上所产生的必须比压和介质向上的作用力之和,见式1 ~式3。

式1: FMZ≥FMF-FMJ

式2: FMF=π(DMN+bM)bMqMF

式3: FMJ=π/4(DMN+bM2p

式中 FMZ——施加于密封面上的总作用力;

FMF——密封面上的密封力;

FMJ——密封面上的介质作用力;

DMN——密封面内径;

bM——密封面宽度;

qMF

p——计算压力,通常取公称压力。

当介质从阀瓣上方流人时,所施加的密封力就等于或大于密封面上所产生的必须比压力和介质的作用力之差,如图1所示和式4:

式4: FMZ≥FMF+FMJ

(2) 截止阀原理之锥面密封

把密封面做成锥形,使接触面变窄。这种密封在一定的密封力作用下,其密封比压大大增加,密易达到密封。在保证密封的前提下,和平面密封相比,所施加的密封力较小。由于狭窄的密封面不易使阀瓣正确地落在阀座上,为了达到最好的密封性能,必须对阀瓣进行导向。阀瓣进行导向后,就可达到较好的密封性能。阀瓣在阀体中导向时,阀瓣所受到流动介质的侧向推力由阀体承受,而不是由阀杆来承受,这就进一步增强了密封性能和填料密封的可靠性。另一方面,锥形密封是在摩擦的情况下配合,所以密封材料必须能耐擦伤。锥面密封和平面密封相比,受固体颗粒和介质沉淀物的损伤相对少一些,但也不宜在含有固体颗粒和介质沉淀物的介质中使用。这样的密封主要用于没有颗粒的介质中。其密封原理是当介质从阀瓣下方流人时,所施加的密封力必须等于或略大于密封面上所产生的必须比压力和介质向上的作用力之和,如图2所示和见式5 ~式7。

式5: FMZ≥FMF-FMJ

式6: FMF=π/4(D2MW-D2MN)(1+fM/tanα)qMF

式7: FMJ=π/4(DMN+bMsinα2p

式中 FMZ——施加于密封面上的总作用力;

FMF——密封面上的密封力;

FMJ——密封面上的介质作用力;

DMW——密封面外径;

DMN——密封面内径;

fM——密封面摩擦系数;

α——密封面锥半角;

qMF——密封面必须比压;

bM——密封面苋度;

p——计算压力,通常取公称压力。

当介质从阀瓣上方流人时,所施加的密封力就等于或大于密封面上所产生的必须比压力和介质的作用力之差,如图2所示和见式8。

式8: FMZ≥FMF-FMJ

为了改善锥形密封的强度而又不至牺牲其密封应力,把密封面锥半角做成15°,这就提供了较宽的密封面,使阀瓣能更容易地与阀座密封。为了达到较高的密封应力,阀座密封面开始与阀瓣接触部分较窄,约3mm,其余留有的锥度部分可稍长些。当密封负荷增大时,阀瓣滑人阀座的程度加深,因而增加了密封面宽度。这种密封面的设计不像窄密封面那样容易受冲蚀损坏。此外,由于锥形面较长,使阀门的节流特性得到改善。

截止阀原理之密封

(3)截止阀原理之球面密封

如图3所示,把阀瓣做成球形,阀座做成锥形。阀瓣的球体在阀杆的孔内能自由转动。因此阀瓣能在阀座上作一定范围的转动而进行调整。由于两密封面的接触几乎成一线,即线密封,故密封应力很高,容易密封。又由于阀瓣球体可使用硬质合金或陶瓷材料,硬度可达到40~60HRC,而且能耐很高的温度。因此可以作高温截止阀用。缺点是密封面线形接触容易受冲蚀而损坏。所以阀座应选择耐冲蚀的材料。球面密封的截止阀可适用于介质中带有微小固体颗粒的气体或液体。其密封原理是当介质从阀瓣下方流人时,所施加的密封力必须等于或略大于密封面上所产生的必须比压力和介质向上的作用力之和。如图3所示和见式9 ~式11。

式9: FMZ≥FMF-FMJ

式10: FMF=πDMNqMF

式11: FMJ=π/4*D2MNp

式中 FMZ——施加于密封面上的总作用力;

FMF——密封面上的密封力;

FMJ——密封面上的介质作用力;

DMN——密封面内径;

qMF——密封面必须比压;

p——计算压力,通常取公称压力。

当介质从阀瓣上方流人时,所施加的密封力必须等于或略大于密封面上所产生的必须比压力和介质向下的作用力之差。如图3所示和见式12。

式12: FMZ≥FMF+FMJ

(3) 径向密封

径向密封是指柱塞式截止阀的密封,其密封原理是,在柱塞阀中,其阀瓣和阀座是按柱塞的原理设计的。把阀瓣设计成柱塞,阀座设计成套环,套环的材料可以使用柔性石墨或聚四氟乙烯,阀座由上套环、隔离环和下套环组成,用阀盖压紧。靠柱塞和套环之间的紧密配合来实现密封。

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