閥門(mén)密封性能簡(jiǎn)析

張圓圓

（蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院 蘭州 730050 鄭州市鄭蝶閥門(mén)有限公司 鄭州 450041）

閥門(mén)密封性能簡(jiǎn)析

張圓圓

（蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院 蘭州 730050 鄭州市鄭蝶閥門(mén)有限公司 鄭州 450041）

本文概括了常見(jiàn)閥門(mén)的密封型式及其密封原理，詳細(xì)分析了造成閥門(mén)泄漏的常見(jiàn)原因，并以此提出一些改進(jìn)閥門(mén)密封性能的措施與建議，為專(zhuān)業(yè)人員提供了一定的參考。

閥門(mén)；密封；性能

1 引言

隨著中國(guó)科技的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及工業(yè)水平的持續(xù)提升，閥門(mén)在生活尤其是工業(yè)生產(chǎn)中起著極其重要的作用。閥門(mén)除了必須滿(mǎn)足使用安全以及質(zhì)量可靠的性質(zhì)以外，必須滿(mǎn)足最重要的性質(zhì)-密封性。然而，泄漏在一定程度上限制了閥門(mén)在民用與工業(yè)中更加廣泛的應(yīng)用。閥門(mén)泄漏包括內(nèi)部泄漏與外部泄漏[1]。內(nèi)部泄漏即內(nèi)漏，主要是指閥門(mén)座與閉合器件之間存在縫隙或者孔洞。外部泄漏即外泄，主要指的是設(shè)備填料函與連接法蘭的地方。我們可以對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的具體條件、閥門(mén)泄漏的位置以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值等進(jìn)行綜合考慮，提出不同的解決措施以及建議。

2 泄漏標(biāo)準(zhǔn)

判斷閥門(mén)是否發(fā)生了泄漏的標(biāo)準(zhǔn)為閥門(mén)在一定的時(shí)間內(nèi)能否保證設(shè)備內(nèi)部物質(zhì)沒(méi)有泄漏到外界或者泄漏的量在允許的范圍內(nèi)。泄漏標(biāo)準(zhǔn)的定義為選取具體位置的閥門(mén)，在應(yīng)用過(guò)程中允許的物質(zhì)泄漏最大量即為此種閥門(mén)的泄漏標(biāo)準(zhǔn)。閥門(mén)密封性能優(yōu)良與否，通常用閥門(mén)對(duì)物質(zhì)的泄漏比例或者閥門(mén)內(nèi)部所受壓力來(lái)表示，閥門(mén)密封性能的優(yōu)良分為四個(gè)等級(jí)[2]：

（1）公稱(chēng)級(jí)密封，適用于對(duì)密封性能要求不高的閥門(mén)。比如調(diào)節(jié)水流大小的水龍頭中的閥門(mén)；

（2）低漏級(jí)密封，同樣適用于對(duì)密封性能要求不高的閥門(mén)；

（3）蒸汽級(jí)密封，適用于以蒸汽為工作原理的機(jī)械設(shè)施以及大多數(shù)工業(yè)設(shè)備中閥門(mén)，不同機(jī)械部件之間的連接處；

（4）原子級(jí)，適用于對(duì)閥門(mén)密封性能要求極其嚴(yán)格的設(shè)備中。比如用于外太空探索的航天飛機(jī)以及原子對(duì)撞機(jī)設(shè)備等。美國(guó)機(jī)構(gòu)中的原子級(jí)密封指的零泄漏。

3 閥門(mén)的密封型式及原理

3.1 密封型式

3.1.1 接觸密封

利用外力使閥門(mén)與其他部件相互之間進(jìn)行緊密接觸使閥門(mén)部件之間的縫隙最小化，甚至消除他們之間的縫隙，這類(lèi)密封叫做接觸密封。接觸密封從運(yùn)動(dòng)方面考慮又分為動(dòng)密封和靜密封。其中，靜密封全部為接觸密封。而動(dòng)態(tài)密封有的為接觸密封，有的為非接觸密封[3]。接觸密封要求比較高，標(biāo)準(zhǔn)也比較嚴(yán)格，正因如此，在一些容易產(chǎn)生摩擦的地方不宜使用接觸密封，因?yàn)槟Σ習(xí)a(chǎn)生部件磨損，不利于閥門(mén)的密封性。因此，接觸密封適用于一些接觸面運(yùn)動(dòng)相對(duì)少一些或者沒(méi)有發(fā)生運(yùn)動(dòng)的地方。接觸密封從材料彈力方面考慮，又分為彈性密封和非彈性密封。兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中彈性密封指的是通過(guò)具有彈性形變能力的高分子材料構(gòu)成的部件之間，通過(guò)材料受力發(fā)生彈性形變來(lái)使閥門(mén)部件之間的縫隙最小化：甚至消除他們之間的縫隙的密封。彈性密封密封性比較好，且對(duì)部件性能要求低，使用成本低，維修方便，缺點(diǎn)就是對(duì)環(huán)境溫度要求較高，溫度太高會(huì)使高分子材料變得過(guò)軟，影響氣密性；溫度過(guò)低就會(huì)使高分子材料變得過(guò)硬，使得部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)容易摩擦損壞。非彈性密封指的是通過(guò)非彈性形變能力的材料構(gòu)成的部件之間：材料微彈性形變以及其他補(bǔ)償部件來(lái)使兩者之間的縫隙最小化，甚至消除他們之間的縫隙的密封。非彈性密封雖然使用成本昂貴，對(duì)部件質(zhì)量與精度要求很高，但適用溫度范圍廣，使用壽命比較長(zhǎng)。

3.1.2 非接觸密封

閥門(mén)與其他部件相互之間留有一定的間隙，并沒(méi)有緊密接觸使閥門(mén)部件之間的縫隙最小化甚至消除他們之間的縫隙，這類(lèi)密封叫做非接觸密封。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)應(yīng)用中閥門(mén)密封主要為接觸密封，所以，重點(diǎn)介紹接觸密封，非接觸密封在此不一一敘述。

3.2 密封原理、泄漏原因與其相關(guān)建議

閥門(mén)密封主要目的是為了防止存儲(chǔ)物質(zhì)外泄，造成存儲(chǔ)物質(zhì)外泄的原因主要包括閥門(mén)部件之間存在間隙以及閥門(mén)部件之間有壓力差[4]。其中閥門(mén)部件之間存在的間隙是造成閥門(mén)泄漏的主要原因。密封機(jī)制為通過(guò)一些介質(zhì)利用不同的方法來(lái)使閥門(mén)部件之間的縫隙最小化甚至消除他們之間的縫隙，從而防止存儲(chǔ)物質(zhì)外泄。

因?yàn)榇蟛糠珠y門(mén)間隙目前對(duì)閥門(mén)泄漏存儲(chǔ)物質(zhì)量多少的研究主要是通過(guò)毛細(xì)管原理來(lái)推導(dǎo)計(jì)算[5]。大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，單位面積上的存儲(chǔ)物質(zhì)泄流量與近似為毛細(xì)管成的間隙直徑以及物質(zhì)密度為正比例關(guān)系，與部件間接觸的面積大小成反比例關(guān)系。并且單位面積上的存儲(chǔ)物質(zhì)泄流量還與存儲(chǔ)物質(zhì)的流體性質(zhì)有關(guān)系。但是這種推導(dǎo)方法實(shí)驗(yàn)條件要求嚴(yán)格，在實(shí)際應(yīng)用中，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)中的嚴(yán)格規(guī)范條件，所以這種理論目前對(duì)實(shí)際應(yīng)用沒(méi)有很大的實(shí)際意義。

只有保證閥門(mén)部件之間的間隙直徑小于儲(chǔ)存物質(zhì)分子直徑，存儲(chǔ)物質(zhì)才不會(huì)外泄。我們可得出，當(dāng)閥門(mén)部件之間的間隙直徑小于0.003μm的時(shí)候，存儲(chǔ)物質(zhì)才不會(huì)發(fā)生外泄。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于科技技術(shù)的限制，閥門(mén)部件之間的間隙即使已經(jīng)非常小了，其直徑仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.003μm，因此通過(guò)技術(shù)工藝來(lái)降低部件之間的間隙直徑來(lái)防止存儲(chǔ)物質(zhì)外泄是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此，人們只能增大外力，使閥門(mén)部件之間產(chǎn)生微型變形，以使間隙盡量減小甚至消失，防止存儲(chǔ)物質(zhì)外泄。

3.2.1 對(duì)液體的密封性

液體的表面張力越大，液體的粘度越大，閥門(mén)的密封性就越好。當(dāng)間隙的直徑很小時(shí)，液體的表面張力就越大。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該加大外力，盡量減小間隙直徑。

3.2.2 對(duì)氣體的密封性

氣體的分子直徑越大，氣體的粘度越大，閥門(mén)的密封性就越好。通過(guò)上文討論分析可知，即使間隙的直徑很小，其直徑仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.003μm，因此，通過(guò)技術(shù)工藝，來(lái)降低部件之間的間隙直徑，來(lái)防止存儲(chǔ)物質(zhì)外泄是不可能實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該加大外力，使閥門(mén)部件之間產(chǎn)生微型形變，盡量減小間隙直徑。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了閥門(mén)的密封原理以及防止存儲(chǔ)物質(zhì)外泄的措施方法，對(duì)專(zhuān)業(yè)人員具有一定的參考作用。

[1]劉星，童金俠，馬莉.機(jī)械密封泄漏原因分析與對(duì)策[J].遼寧化工，2011（06）.

[2]孫偉.氧化鋁生產(chǎn)非接觸式機(jī)械密封設(shè)計(jì)理念分析[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011（21）.

[3]康立新.試論機(jī)械密封泄漏的原因及解決辦法[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011（06）.

[4]彭艷玲.離心泵密封的泄漏及防止[J].科技促進(jìn)發(fā)展（應(yīng)用版），2011（02）.

[5]馬科篤，吳靜，余篤軍.RTY500壓縮機(jī)十字頭組件頻繁故障的排除[J].中國(guó)設(shè)備工程，2011（07）.

TM621.7

A

1004-7344（2016）10-0321-01

2016-3-15

張圓圓（1984-），女，漢族，河南新鄭人，助理工程師，研究方向?yàn)殚y門(mén)。