安全阀密封副结构形式

安全阀密封副结构形式

安全阀密封副的结构形式是影响安全阀功能的主要因素。长期以来，安全阀密封副主要有如下几种结构形式：

1. 环形平面密封

普通环形平面密封副结构类似于普通截止阀（见图H2-6-1），密封面堆焊具有耐磨、耐腐蚀及较高硬度的司太莱合金。这种结构多见于中低压汽水安全阀，在低压下密封性能较好。当蒸汽压力高于

70kg/cm 2时，阀座、阀瓣由于分布温度的变化易产生局部

的热变形，在安全阀排放蒸汽完毕后会产生显著的后泄现

象。

环形平面密封副上部阀瓣和下部的阀座的接触面均为

平面，这样的密封面加工、修理比较方便。阀座、阀瓣密

封面堆焊处母材上堆焊层堆高一般约需7毫米，车平后保证5毫米，这样的堆焊层高度，既能保证焊材和母材熔合区合适的过渡性，又能保证焊材区堆焊材料的硬度，也就是密封面的硬度，充分发挥焊材的材料耐磨损、耐气蚀、耐腐蚀等特性。这种类似截止阀密封副的结构，因为上部阀瓣和下部阀座接触面为平面，关闭瞬间相互之间未发生塑性变形，所以不会产生接触面相互摩擦现象。但阀门在关闭过程中，由于阀座和阀瓣之间有介质存在，阀门关闭时需要克服介质对相对运动的阀瓣之间的压力，所以阀杆所受的轴向力较大。

2. 锥面密封

锥面密封副的基本接触面为锥面，即上部阀瓣为锥面，下部阀座接触面为略带坡口的平面。如图H2-6-2所示。由于阀瓣与阀座之间的密封面为接近于环形线的锥形接触，因此，形成的密封力大，密封性能好于平面密封；另外，容易加工，尤其对小口径阀门的锥面密封，尺寸公差易于控制；适用于高压和小口径的阀门。但堆焊、修理、研磨较难，关闭时有摩擦现象存在。例如液压系统中的溢流阀、针形阀等。

3. 球面密封

球面密封副是一个球的外圆与锥面内切形成的环形接触线。因为是线接触，锥面加工也比较方便，所以密封性能好；但球的圆度、光洁度、硬度等要求较高。如图H2-6-3所示。

4. 刀型密封

如图H2-6-4所示，密封的两个接触面中有一个是刀口形，另一个为环形平面，这种密封结构习惯称为刀型密封。这种密封结构具有了锥面密封结构的线接触面，增加了密封比压，同时另一面仍保持平面结构易制造的优点。因接触面过小，承受不了较大的压力，因此，仅用在密封力不大的条件下使用。如真空阀。

5. 双密封结构

双密封结构就是根据工况的需要，将密封副设计成两个密封面，即主密封面和辅助密封阀座 阀瓣 图H2-6-1 环形平面密封副

图

H2-6-2 锥面密封副

图H2-6-3 球面密封副

图H2-6-4 刀形密封副

阀座 阀瓣 阀座 阀瓣 阀座

阀瓣

面，二者相互配合，达到密封的效果。

双密封面结构中辅助密封副先关闭节流，并阻断

脏物进入主密封面，然后利用节流后的少量高速介

质，吹扫主密封面的环形空间。最后达到主、辅密封

面全闭。双密封面结构制造成本较高。

图H2-6-4是一种带O 型圈的双密封结构。 6. 柔性密封副

大量试验和实际使用表明：由“金属-金属”组

成密封副的弹簧直接作用式安全阀要做到完全没有泄漏是办不到的。当用刚度很小的软性材料做密封副

的时候，密封力下降速率比“金属-金属”密封副要低。单纯从密封角度看，这是软性材料的优点；但从开启的要求来看，这种特性必然会造成实际开启压力比规定开启压力严重滞后，这不符合安全阀的基本要求。

没有哪一种软性材了可以在几厘米至十几厘米的变形过程中承受几兆帕到十几兆帕的径向压力。有实际应用价值的是图H2-6-6所示的“金属-金属”密封结构构。这种结构，利用了金属承担较大负载的优点，也利用了软性材

料在较小的密封力下，可以有较大的变形量，从

而填平密封面的性能。

“金属-金属”密封副不能很好密封的根本原

因是密封力太小，而“金属-软材料”密封副不能

很好密封的原因却是没有能够满足实用性能的软

质材料。典型的柔性密封副是阀瓣或阀座镶嵌或粘帖类似氟橡胶之类的非金属软性材料（如图

H2-6-7)，还有就是在原来金属环形平面密封副的阀瓣上作结构改良的“柔性阀瓣”（可参见图2-6-8）。

具有柔性阀瓣的弹簧式安全阀以美国Crosby 、Consolidated 、日本冈野等公司比较多见，并在火电厂的蒸汽系统中得以广泛应用。其主要结构特点是在阀瓣密封面背侧加工了一道环形的凹槽，这就使阀瓣的密封面具有一定的弹性，所以这类阀瓣叫做“柔性阀瓣”。柔性阀瓣对于普通平面阀瓣，从结构上比较，主要有两个优点：

①降低了阀杆力的作用点，密封性能提高。普通平面阀瓣的阀杆力作用点不但高于密封面，而且非直接作用在阀瓣上；而对于柔性阀瓣的安全阀密封副，阀杆力作用点降低到密封面以下，且直接作用在阀瓣上。这种结构上的改进使阀门的抗震动能力大幅提高，也就是密图H2-6-5 双密封结构 阀座 阀瓣 O 型圈

O

型圈压板 图H2-6-6 “金属-金属”密封结构 图H2-6-8 柔性阀瓣密封副

上调节圈

下调节圈

散汽孔

柔性阀瓣 阀座

阀杆 图H2-6-7 衬胶密封副结构的真空安全阀

封稳定性大幅提高。换句话说，在阀门存在相同程度震动的情况下，柔性阀瓣阀门更不容易发生泄漏。这种性能已在安全阀实际运行中得到验证。

②“柔性阀瓣”结构不但提高了运行密封性能，而且提高了保持密封性的运行压力值。对于普通平面阀瓣，当运行于压力升高到阀门设定压力(即整定压力的95％)时阀门会出现“预泄”。对于弹簧式安全阀来说，“预泄”的存在是正常现象，而“预泄”的存在在一定程度上可以帮助弹簧式安全阀起跳。一般这种弹簧式安全阀的设计压力与最大运行压力的差值定为5%以上。“柔性阀瓣”结构将系统压力导入阀瓣密封面背侧的环形的凹槽，并作用在与阀瓣密封面相对的环形斜面上，由于密封面具有一定的弹性，随着系统内介质压力的升高，阀瓣密封面被系统的压力向下推压产生微小变形，并与喷嘴密封面紧密结合，从而使阀门预泄点推迟。在保证阀门整定压力准确的前提下、“柔性阀瓣”结构可以使阀门在运行压力达到设定压力96％以上甚至更高，仍然无泄漏。对Crosby 弹簧式安全阀整定校验的结果统计表明，柔性阀瓣的安全阀的预泄点可以达到了整定压力的98.5％甚至99％，而且起跳准确、回座干脆、无泄漏现象。

“柔性阀瓣”密封面内侧较薄、外侧较厚的结构特点，也使得其使用寿命收到一定影响。安全阀定期检修需要对阀瓣和喷嘴的密封面进行研磨抛光，但多次或过度研磨，会导致阀瓣密封面内侧较薄部分边沿成为厚度更薄的环形刃口，大大降低了该部位的结构强度。在高温高压介质作用下，特别是预泄、起跳阶段、回座时产生的弹簧复原力和放大的冲击力全部作用在其舌形密封面，在其折角处会产生很大的应力（参见图H2-6-9），加上环形刀口结构强

度降低因素的作用，容易在该部位产生开裂或涨裂，致使关闭后密封失效，直接影响机组的

安全运行。

热应力补偿式阀瓣（参见图H2-6-10）的出现，弥补了柔性阀瓣的不足。这种已获专利的阀瓣结构由主阀瓣和热阀瓣组成，除了具有柔性阀瓣的优点外，还有以下特点：

1）热阀瓣密封面韧性更好，密封更严密：热阀瓣采用强度高而韧性好的高镍铬不锈钢，它比司太莱合金的硬度及耐磨性方面略有降低，但韧性却提高了。热阀瓣的密封部分为舌形，可以做得比柔性阀瓣更薄，弹性更好。当介质压力的升高时，热阀瓣密封面在介质的推压下更易产生向下的微小变形，形成线性接触，从而使阀门保持密封，进一步推迟前泄压力。当安全阀回座后，因热胀冷缩，热阀瓣舌形密封面比弹性阀瓣密封面更易向下弯曲（参见图H2-6-11所示），使阀瓣与阀座密封面紧密贴合，安全阀即刻恢复密封。

Fs ：弹簧预紧力，N ；Fs ′：反作用力，N ；

P —系统内介质的压力，MPa

图H2-6-9 柔性阀瓣应力集中部位

阀座

主阀瓣

热阀瓣

图H2-6-10 热应力补偿式阀瓣结构