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影响阀门密封性能的因素

来源: 上海阀门 时间: 2012-04-10 点击: 3,051

影响密封性能的因素很多,主要有以下几种:

①密封面的质量

当密封面上的比压在40.OMPa以下时,密封面的加工精度及表面粗糙度起决定性作用。刚性结构的密封面其空气的渗漏量与表面粗糙度的关系如图1所示。试样的直径d=50mm、空气压力p=0.5MPa。从图中曲线看出,密封面上的比压很小时,空气的渗漏量随着表面粗糙度的恶化而快速增加,但是,当密封面上的比压很大时,表面粗糙度对渗漏量的影响会大大地减弱。

不同密封比压时,表面粗糙度与空气渗漏量的关系图

1-工作比压q=3.0MPa

2-工作比压q=6.5MPa

3-工作比压q=10.0MPa

4-工作比压q=20.0MPa

这说明在比压q很大时,密封面表面比压小时的压平程度要大得多,并且密封面之间的表面粗糙度中的差异变得不大了。

密封面表面的不平度及其表面与理想平面的偏差程度对连接的密封性的影响很大,但到目前为止还没有关于这方面的数据。

②密封面的宽度

密封面的宽度决定于毛细孔的长度,当宽度加大时,介质沿毛细孔的运动行程加长了,因此增加了运动阻力。加大密封面宽度可以减小高压阀门中的侵蚀和磨损。密封面宽度加大后,会造成泄漏行程长度成正比例地增加,因而能按比例的减小泄漏量,但是实际上,这种情况是不存在的。因为密封面变宽后,加工的平整度不如窄密封面,密封面不平度可能增加,又因为启闭件的变形,使在整个密封面的宽度上不能完全一致地保证密封性。

③阀前和阀后的压力差

虽然阀前、阀后的压力差和泄漏量成正比关系。但实验证明:在其他条件相同的情况下,泄漏量的增长是超过压力差增长的。泄漏量与压力差之间的关系可以近似地以下式表示:

qv=M(N△P2+S△p)

式中M、N、S ——系数。与材料、密封面加工质量、密封面上的比压值和其他条件有关的固定值。

④密封面的材料及其状态

密封面的材料及其状态对泄漏有显著的影响。保证密封性能的方法是将两个表面相互贴合,使表面间的间隙成为毛细孔形状,阻止介质通过。间隙的大小取决于密封面的微观不平度。所以,如果要使用较硬的材料(钢)获得同样的密封程度的密封性,就必须使比压大于较软的材料(黄铜)的比压值。

与密封面有关的表面处理状态:如波峰的变形,间隙尺寸和几何形状的变化及其他现象都发生在金属表层上。众所周知,表层金属的性能与基体金属材料的性能有明显区别。由于机械加工引起的变化可以影响表层深度50μm,在研磨时,基体金属材料不会露出,工作表层金属组织不同于基体金属组织。因此,同一个试样在经过两种不同规范加工之后各进行试验。虽然表面粗糙度相同,也可能得出不同的试验结果。

材料性能的影响比几何形状及微观不平度的影响小些。金属性能的差异,通常小于其他因素的影响。密封面在低压条件工作时,这种情况就更为突出。当比压高于40.0MPa时,材料表面粗糙度对密封性能的影响就较小,而对材料性能的影响便增加。

⑤介质性质

液体介质对泄漏量的影响基本上取决于粘度。在一个阀门中,在各种条件相同的情况下,粘度大的介质比粘度小的介质渗漏量要小得多,气体介质和液体介质相比差别更为明显。气体比液体渗漏更为明显,但是饱和蒸汽除外,饱和蒸汽反而容易保证密封。这是因为当饱和蒸汽通过毛细孔时,落在毛细孔内的液滴堵塞了毛细孔,并阻碍了气体的通过。

⑥密封面亲水性

密封表面亲水性影响泄漏量是因为毛细孔特性的作用。只要密封表面上有一层很薄的油膜,就需加大通过间隙水的压力。由于金属表面具有良好的亲水性,煤油能很容易地渗透铸件和密封面的间隙。因此,在一些最关键的场合,密封性能是采用煤油来进行试验的。一般认为,采用腔体内灌煤油的方法进行密封性试验,大致上相当于O.3~0.4MPa压力下的水压密封试验。

⑦密封面间油膜的存在

密封面间存在油膜对密封性有显著影响。当密封面间有油膜时,破坏了密封表面间的亲水性,这样就需要较大的压力差,才能使介质通过毛细孔。另外,密封面上有稠密封油膜能堵塞介质通过的毛细孔,提高密封面的密封性能。

旋塞阀、球阀及其他阀门中采用密封脂可以显著地改善其密封性能,并提高使用寿命,在采用密封脂密封时应注意,当使用中密封脂减少时,应及时注脂,恢复油膜厚度。

阀门中采用的油脂不允许溶于介质,应保证在50℃时不熔化,也不应该硬化或有其他的化学变化。

⑧阀门和启闭件的刚性和结构

阀门和启闭件的刚性和结构的影响是由于零件的弹性作用所致。由于闭路阀的启闭件不是绝对的刚性,而是具有一定的弹性,在介质压力作用下,尺寸是会变化的,这也就引起密封面间的力相互作用的变化。

为补偿这些变化对启闭件密封性能的影响,最好是使密封副具有较小的刚度,即弹性变形尽可能大些,因而目前采用弹性密封副的趋势显著增加,如闸阀的弹性闸板,球阀的弹性阀座等都得到广泛的应用。

现在来研究零件的刚性对截止阀工作的影响,假如截止阀具有绝对刚性,阀门在介质进入前关闭,只要在阀杆上加密封力MF就足以保证截止阀密封。当介质从阀瓣下方进入阀体时,该密封力就等于密封力加介质作用力,即FMF+FMJ才能保证截止阀的密封状态。

图2说明了在压力p增高时通过截止阀的渗漏量qv的变化曲线,曲线反映出截止阀零件结构刚度对渗漏量的影响。

当截止阀内零件有弹性时,情况就不同了,作用FMF+FMJ就不能保证密封性,这时,作用力应等于F=FMF+FMJ-FMT,因为作用在阀瓣上的介质压力FMJ由于阀杆变形而卸载,因此影响了密封。现在所研究的是最简单的基本原理,实际上,零件的弹性特点,对阀门工作的影响要复杂的多。

温度对密封性有很大的影响,随着温度的升高,介质粘度减小,零件的线性尺寸会发生变化。零件变形会使经研磨的密封面的密封性受到破坏,研究表明,对盘形平面的一处局部加热至60℃便发生了畸变,产生不平。因此,对在重要场合下的阀门(如安全阀),其密封面的研磨工序在工作温度下进行是合理的。在温度变形的情况下研磨密封面,就能保证在工况条件下的密封性。

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