阀门的密封原理PPT课件

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 bV 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MPam 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mmp 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 10DN1000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 20q 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 25mmq 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 消除间隙 要有必须比压 提供必须比压的方法 一是介质的压力 二是外力