阀门的密封原理

阀门的密封原理,密封的功用是阻止渗漏 阀门关闭 时,应达到规定的密封要求(或渗漏量要求),流量控制阀密封原理,一。造成渗漏的因素,密封副间存在着间隙 密封副两侧存在着压力差(或浓度差) 第一条是影响密封性能的最主要因素 密封的基本原理是通过不同的途径阻止物质渗漏,毛细孔原理,密封副周边单位长度上的渗漏量与毛细孔直径的四次方、流体的密度、密封副两侧间的压差的乘积成正比，与密封面的宽度成反比。 渗漏量的大小也与流体的性质有关。 理论上的探索目前沿未达到可以实际应用的程度，仅部分地反映了实际情况。,密封副两侧压差大到一定程度，造成一定比压，引起阀座弹塑性变形，填塞密封面微观不平度以阻止流体从密封面通过。 当压差较小或阀座采用金属材料制成时，依靠压差不能达到完全密封，必须另外加一密封外力，以增大压紧比压。 压紧比压所引起的密封副变形，应在材料的弹性极限范围内，并有不大的残余变形。,渗漏量公式,V=K(P+Pk)D4/b V是渗漏量 K系数 P阀前与阀后的压力差 Pk表面毛细管压头 D毛细管直径 通过介质的粘度 b密封面宽度,分析,为了达到密封性，V必须等于零 衡量密封副稳合度好坏的密封面间的残留空隙D在公式中以4次方出现，是一个决定性因素。采用橡胶和塑料等软密封材料时，就能够在力量不大的情况下产生表面变形，从而得到最小空隙。对于金属表面，要减小空隙，就要密封面精细加工，精度愈高，达到密封所需施加的力就愈小。,阀门的密封,借助流体压力、弹性元件作用力或预压缩产生密封力使密封副相互靠紧、接触、甚至嵌入，以减少或消除密封面之间的间隙而达到密封的接触型密封。 根据不同的使用场合，提出不同的密封要求 腐蚀性、有毒、易爆的流体，要求有严密的密封。一般用途的或通径较大的，可适当降低密封要求。,二。影响密封性能的因素,密封副的质量 密封面上的比压 流体的物理性质 密封副的结构和尺寸 材料及其处理状态,1。密封副的质量对密封的影响,粗糙度对密封性的影响较大。 当粗糙度高、比压小时，渗漏量增加。 比压大时，粗糙度对渗漏量的影响显著减少，因为密封面上的微观锯齿关尖峰补压平了。 软密封的粗糙度对密封的影响比金属对金属的刚性密封小的多。,接上页,只有当密封副之间的间隙小于流体分子直径时才能保证不渗漏。 间隙是多少才能不漏？3nm 经过精细研磨的金属表面，不平度也大于100nm，即比水分子直径要大30倍 依靠降低密封表面粗糙度的方法提高密封性，事实上是难以做到 密封副的质量影响阀门的使用寿命,2。密封面上的比压,比压作用于密封面单位面积上的压力。 比压是由阀前与阀后的压力差及外加密封力所造成的。 比压的大小直接影响阀门的密封性、可靠性及使用寿命。 渗漏量与压力差的平方成正比，渗漏量的增长速度超过压力差的增长速度,3.流体的物理性质,(1)粘度的影响 (2)温度的影响 (3)亲水性的影响,(1)粘度的影响,其它条件相同时，流体的粘度越大，其渗透能力越小。 气体的粘度比液体的粘度小几十倍，故其渗透能力比液体强。但过饱和蒸汽容易保证密封 13927要求的渗漏量如右：表中数字是系数,（2）温度的影响,流体的渗透能力取决于引起粘度改变的温度 气体的粘度随温度的升高而增大，它与绝对温度的平方根成正比 液体的粘度则相么，随着温度的增加而急骤减小，它与绝对温度的三次方成反比 温度引起零件尺寸的改变，低温和高温流体的密封是复杂的，尤其是低温阀,（3）表面亲水性的影响,表面亲水性对渗漏的影响是毛细孔特性引起的。 表面有一层很薄的油膜时，破坏了接触面间的亲水性，并且堵塞了液体的通道，需要较大的压力差，才能使液体通过毛细孔。 油脂密封，可以提高密封性能和使用寿命。,4密封副的结构和尺寸,结构。密封副不是刚性的，在密封力的作用下，或温度变化，结构尺寸产生变化，密封性能降低。密封件具有一定的弹性变形，是改善密封性能的一种积极措施。 密封面宽度。宽度决定毛细孔的长度。长度增加，液体沿毛细孔运动路线成正比的增加，渗漏量成反比地减小。增中宽度有限度，因为接触面不会全部吻合而起作用，同时，宽度增加，要增加密封力。,5材料及其处理状态,为了造成相同的密封程度，使用较硬的材料（不锈钢）比使用较软的材料（黄铜）的必须比压值大。 金属性能的差异，通常小于其它因素的影响。 低压阀门，材料的影响不大。 比压大于400公斤时，表面光洁度影响减小，而材料性能影响增加,三。密封副必需比压,必需比压是为保证密封，密封面单位面积上所必需的最小压力。 以闸阀为例，由于流体压力（进出口压力差）或附加外力的作用，闸板与阀体密封面之间产生压紧力，密封面产生弹塑性变形，补偿表面微观不平度，使密封而上的间隙减小，以阻止液体的通过，大而达到密封的目的。,必需比压的有关因素,加工质量 尺寸 工作压力 温度 必需比压还没有一个统一的计算标准，设计中采用经验公式,必需比压的计算公式（一）,q=m(a+cp)/ b/10，单位MPa m与液体性质有关的系数，常温液体m=1；常温汽油、煤油和空气、蒸汽等气体以及高于100度的液体m=1.4；氢、氮及其它密封要求高的介质m=1.8； b密封面垂直于液体流动方向上的投影宽度，单位mm p液体的工作压力，单位MPa,接上页,注意,上式适用于表面粗糙度0.4-0.2、必需比压小于80MPa的计算 粗糙度小于0.2时的刚性密封面，必须比压可减小25% 密封面采用两种不同材料时，按硬度较低的材料计算,例1,Z45T-10 DN1000的密封面宽度20mm，工作压力按公称压力计算，10公斤，即1MPa，密封面材质是铸黄铜，介质是温度小于100度的水 公式中，m=1，a=3，c=1，p=1，b=20 q=m(a+cp)/ b/10=1X(3+1X1)/ 20/10=2.82,例2,水封闸阀DN1200，阀体密封面是不锈钢，板密封圈是氟橡胶，胶圈宽度25mm，工作压力2公斤，计算必需比压。 气体，m=1.4；中硬橡胶，a=0.4，c=0.6；p=0.2MPa,b=25mm q=m(a+cp)/ b/10=1.4(0.4+0.6X0.2)/ 25/10 计算上式，得q=0.46MPa,公式二,根据工作压力计算必需比压的经验公式，适用于软质材料，如塑料、橡胶等中低压阀门 q=1.2P 如水封闸阀，如果按上式计算，工作压力p=0.2MPa,计算可得q=1.2X0.2=0.24MPa 公式一与公式二，计算结果不同，因为公式二没有考虑密封面的宽度、液体性质、压力、温度等因素。,四、许用比压及选择,密封面单位面积上允许承受的最大压力称为许用比压。 阀门要密封，密封副接触面上应有足够的比压，但不得超过密封副材料的许用比压。 许用比压与使用次数有关，启闭不频繁的，可以比压值大于许用比压，这样可以结构紧凑。此时，宽度可以小一点。,常用材料的许用比压MPa,阀门设计思路拓展,上面讲了：密封必须阻止流体通过密封面间的间隙。