阀门密封知识大全!密封原理及多种影响因素

阀门密封知识大全！密封原理及多种影响因素

阀门密封性原理

密封就是防止泄漏，那么阀门密封性原理也是从防止泄漏研究的。阀门的种类繁多，但是基本的作用却是一致的，那就是连通或者截断介质流。因此，阀门的密封问题就显得十分突出。

要保证阀门能够良好的截断介质流，不发生泄漏，就要保证阀门的密封完好。而造成阀门泄漏的原因很多，包括结构设计上的不合理、密封接触面有缺陷、紧固零件发生松动、阀体与阀盖间的配合不紧密等等，所有这些问题都可能导致阀门密封不好，从而产生泄漏问题。所以，阀门密封技术是关系到阀门性能和质量的一项重要技术，需要进行系统深入的研究。

阀门从产生到现在，其密封技术也经历了很大的发展。到目前为止，阀门密封技术主要体现在两大方面，即静密封和动密封。

所谓静密封，通常是指两个静止面之间的密封，静密封的密封方法主要是使用垫圈。

所谓动密封，主要是指阀杆的密封，即不让阀内的介质随阀杆运动而发生泄漏，动密封的密封方法主要是使用填料函。

阀门类型对密封解决方案的选择有很大影响。

升杆闸阀的开-关行程通常较长。如果操作较为频繁，此类长行程线性运动会给密封带来难度。多数情况下，此类阀门的操作频度不会超过每星期一次，甚至每年只操作一次。盘根压盖、阀杆和填料函之间的间隙非常重要。如果缝隙较大，线性运动会导致部分密封元件被挤入，或拖曳杂质微粒穿过密封元件。因此可在底部装一个清洁环，有些情况下顶部也可安装一个。

截止阀较常采用升杆加旋转运动模式，它的密封难度最大，因为阀杆会同时在两个方向上同时运动，盘根组会逐步接触到整个阀杆的表

面。阀杆如有任何偏心或失圆，都可能导致盘根元件破损并泄漏。和闸阀的情况相似，线性运动会拖曳杂质微粒穿过密封元件，然后进入工艺流体。

球阀、蝶阀和旋塞阀都是常见的直角回转阀门。当阀杆相对于密封元件转动九十度，阀门即可完成从开到关的整个过程。这样的运动模式意味着最容易密封，因为它比其它类型阀门的行程小得多。与线性运动模式不同，直角回转运动不容易拖曳杂质微粒穿过密封元件。值得关注的是阀杆偏心问题，有些密封元件对于执行器对位不准极为敏感，甚至会导致阀杆密封性能降低。

直角回转阀的填料函有许多不同的设计，这往往会导致密封元件的选择范围受限制。很多情况下填料函都很浅，高压工况下很难实现紧密密封。

控制阀的阀杆密封难度通常是最大的，主要原因是操作频繁，而且阀杆密封应力不能太高。如果一台控制阀经历了100,000次阀杆循环操作，那么系统中其它类型的阀门往往只经历了1500次。高频度循环操作会导致密封元件磨损，随着时间推移会降低密封性能。为了优化流体控制性能，控制阀阀杆不能承受太大摩擦力，因此作用于控制阀的密封应力，明显低于手动阀门的密封应力。如果密封元件导致阀杆受到过大摩擦力，阀门的动作会滞后或出现速度偏差，并导致阀杆动作过大，流体控制性能降低。

线性控制阀的密封难度高于回转控制阀。和直角回转阀相似，回转控制阀的阀杆动作只有圆周运动一种模式，而且需要密封的阀杆表面积明显小于线性控制阀。

冶金特种阀的阀杆材质通常相对较软，选择密封元件时需注意这点。理想的情况是密封元件材质比阀杆材质更软，这样可以最大限度降低阀杆磨损。有些冶金特种阀的压盖螺栓屈服强度比较低，需要避免密封元件的载荷接近能够承受的最大应力。

阀门尺寸同样也是影响密封元件选择的一大因素。

就小尺寸阀门而言，阀杆与填料函内壁之间的环形截面较小。有些情况下小不一定是好事，因为它会限制密封元件的选择范围。小型阀门的环形截面通常仅有.125”，很难安装材质坚固、设计新颖的密封元件。

大尺寸阀门也不是说没问题了。尺寸大可能导致施加在阀杆和盘根组上的载荷过大。阀门振动时，产生的作用力对于标准密封元件可能太大。大型阀门不同截面部位的温差也较大，可能导致结构变形。

对大多数类型的阀门而言，填料函尺寸最理想的比例是空腔高度大约

是横截面直径的三至五倍。如果是密封要求不高的直角回转阀，即使填料函较浅也能有效密封。太深的填料函首先意味着密封组件容易固结，导致密封应力损失，进而发生泄漏。其次就是对阀杆的摩擦力较高，在有些应用场合会成为阻碍。

根据各种密封系统的具体情况，密封元件和阀体表面处理工艺必须合理匹配。以O型圈为例，需要阀体表面相对光滑，而其它密封元件可能需要比较粗糙的表面才能更好地密封。许多情况下，全新阀门的阀杆表面太光滑，导致摩擦力过大，并和密封元件产生黏-滑效应。低摩擦力的密封元件，例如聚四氟乙烯基(PTFE)密封件可以避免这些不良现象。碳/石墨基密封元件遇到太光滑的表面就可能出问题。此外，填料函空腔的表面处理也应该和密封

元件相匹配。

阀门填料阀门密封的关键因素

压缩填料

填料是一种传统的压盖密封,可以采用多种材料制造。用填料装填填料时,填料在结构上可以为散状的(通常混合有润滑剂)；制成一定断面(一般为矩形,但有时也用圆形截面);切成适当长度绕成螺旋状的或者作为切制图,装在压盖上的成型件。无论采用哪种结构,都是靠压紧压盖,迫使填料紧压在密封表面上而取得密封作用的。填料压盖的工作原理,如图1所示。

图1

由于压紧压盖所形成的压紧力产生一种造成密封效果的径向压力。径向压力沿整个填料长度按指数曲线分布。为了保持填料的“干”状态,内侧圈上的径向压力至少要等于系统的内压力,这就意味着外侧圈上的径向压力高得多,在大多数用途中是过高的(导致过大的摩擦,轴磨损和气动密封件失效)。因此,在大多数使用中,要将压紧力调整到允许最末一个圈填料稍有一点泄漏,也就是说这个环上的径向压力稍微低于系统的内压力。然而,这样一来,如果将压盖调整到不产生泄漏的最小压缩程度时,则大多数填料圈上就将出现一些泄漏。

使最佳压盖压紧问题变得复杂的另一个因素是,某些填料在使用状态下会产生膨胀,例如,当温度升高时,便有可能遇到这种情况,这样在压盖上加上很小一点预紧力,可能是必要的。另外,为了补偿填料的磨损和松弛以及为了保持一个满意的密封,有必要定期地重新压紧压盖。

采用普通的填密材料时,产生的径向压力与压紧压盖时所加的轴向压力之比约为0.6~0.7,沿整个填料函的典型径向压力,如图2所示。