阀的种类很多,但其基本作用是一致的,即连通或截断介质流。所以阀门的密封问题就显得非常突出。
要保证阀门能很好地截断介质流动,不泄漏,就要保证阀门的密封完好。引起阀门泄漏的原因很多,包括结构设计上的不合理,密封界面有缺陷,紧固件有松动,阀体与阀盖之间配合不紧密等,都可能导致阀门密封不良,从而产生泄漏问题。因此,阀门密封技术是关系到阀门性能和质量的重要技术,需要进行系统深入的研究。
阀自产生至今,其密封技术也有了很大的发展。迄今为止,阀门密封技术主要体现在静密封和动密封两个方面。
所谓静密封,一般指两静止面之间的密封,静密封的方法主要是采用垫圈。
所谓动密封,阀杆的密封主要是指不让阀内的介质随阀杆运动而发生泄漏,动密封的方法主要是采用填料函。
1.静密封
静密封是指在两个静止的截面之间形成密封,其密封方法主要是使用垫圈。垫圈的种类很多,经常使用的垫圈包括平垫圈、O形圈、包垫圈、异形垫圈、波形垫圈和缠绕垫圈等几大类,每种类型下面又可以根据使用材料的不同而进一步进行划分。
①平垫圈。平垫圈就是平整的贴于两个静止截面之间的垫圈,一般根据使用的材料可以划分为塑料平垫圈、橡胶平垫圈、金属平垫圈和复合材料平垫圈,每种材料的平垫圈都有其适用的范围。
②O形圈。O型圈是指断面形状呈O型的垫圈,由于其断面形状是O型,有一定的自紧作用,所以密封效果比平垫圈好。
③包垫圈。包垫是把某种材料包在另一种材料上的垫圈,这种垫圈一般都有很好的弹性,加强了密封效果。
④异型垫圈。型式垫圈是指那些形状不规则的垫圈,包括椭圆垫圈、菱形垫圈、齿轮式垫圈、燕尾式垫圈等,这些垫圈通常具有自紧作用,多用于高中压阀门。
⑤波形垫圈。波式垫圈是仅有波状的垫圈,它通常由金属和非金属材料组成,具有压紧力小、密封效果好等特点。
⑥缠绕垫圈。卷绕垫圈是指将非常薄的金属带与非金属带缠绕在一起并卷成的垫圈,具有良好的弹性和密封性能。
衬垫的制造材料主要包括金属材料、非金属材料和复合材料三大类。一般说来,金属材料强度高、耐温性强,常用金属材料有铜、铝、钢等。有许多非金属材料,包括塑料制品、橡胶制品、石棉制品、麻制品等,这些非金属材料用途广泛,可根据需要选择。合成材料的种类也很多,包括层合板、复合板等,也是根据需要来选择,一般在波形垫圈及缠绕垫圈等上面比较常用。
2.动密封
动封是指阀体内介质流动不随阀杆运动而泄漏的密封,这是一个相对运动过程的密封问题,其密封方法主要是采用填料函。填充函的基本形式有压盖式和压紧式两种基本形式。压盖式是目前使用得比较多的形式,一般从压盖的形式上来说,可以分为组合式和整体式两种,每一种形式虽然有区别,但基本都包含有压紧螺栓。压紧力一般用于较小的阀门,因为这种形式的阀体尺寸较小,压力会受到限制。
填充函中,由于填料直接与阀杆接触,要求填料密封性好,摩擦系数小,可以适应介质的压力和温度,且耐腐蚀。现在使用较多的填料有橡胶 O型圈、聚四氟乙烯编织盘根、石棉盘根及塑料成型填料等,每一种填料都有其适用的条件和范围,根据不同的需要选择。
封口是为了防止泄漏,那么气密原理也是从防漏角度来研究。主要有两个原因:一是影响密封件性能的主要因素,即密封副间存在间隙,密封副两侧存在压差。从气密性原理出发,从气密性、气密性、漏气道密封原理以及气门密封副四个方面进行分析。
液体的密封性
这种液体是通过液体的粘度和表面张力来实现的。如果气门的毛细管中充满气体,那么表面张力就会对液体产生排斥作用,或向毛细管中输入液体。因此,相切的角度就是这样。如果相切角小于90°,液体将被注入到毛细管中,从而导致泄漏。泄露的原因是由于介质的特性不同。当条件相同时,用不同的介质做试验,会得到不同的结果。
可用水、空气或煤油等。相切角大于90°时,还会发生泄漏。这是因为它与金属表面的油膜或蜡膜有关。这种表面的薄膜一旦被溶解,金属表面的性质就发生了变化,原来被排斥的液体会侵入表面,从而发生泄漏。对此,根据泊松公式,可在降低毛细管直径和降低介质粘度的前提下,防止泄漏或降低泄漏量。
气体的密封性
按照泊松公式,气密程度取决于气体分子和气体的粘性。漏泄的大小与毛细管长度、气体粘度成反比,与毛细管直径和驱动力成正比。在毛细管和气体分子的平均自由度相同的情况下,气体分子以自由热运动流入毛细管。所以,我们在对阀门进行密封试验时,介质一定要用水才能起到密封的作用,而用空气就不能起到密封作用。
即便是把毛细管直径降低到低于气体分子的塑性变形方式,也不能阻止气体的流动。这是因为气体仍能穿过金属壁。因此我们做气体测试时,必须比液体测试更严格。
泄露通道的密封原理
气门密封是由波形表面分布的不均匀度和波峰间距离的波纹构成的粗糙度两部分组成。国