吳 超， 孫 杰

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

在聚氨酯注機(jī)中，電磁截止閥是一個(gè)非常重要的部件。 它的工作性能,密封性能，都直接影響到到澆注機(jī)的真空度及計(jì)量配比的精度。然而計(jì)量配比精度又直接影響澆注機(jī)所澆注的產(chǎn)品質(zhì)量。計(jì)量截止閥歷經(jīng)從單向閥、氣動(dòng)閥再到電磁閥的發(fā)展過程。單向閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無運(yùn)動(dòng)密封要求、體積小、裝配靈活的特點(diǎn)；但其工作完全依靠彈簧的彈力，而彈簧的剛度卻不容易確定，若取較小剛度很難保證計(jì)量回程時(shí)快速關(guān)閉和關(guān)閉密封性（尤其是在工作一段時(shí)間后閥座已有磨損）；若取較大剛度，雖然保證單向閥的可靠性，但增加了計(jì)量泵工作壓力，導(dǎo)致閥座和鋼球在物料中迅速磨損。稍后出現(xiàn)的氣動(dòng)截止閥， 雖然克服了以上缺點(diǎn)但其存在運(yùn)動(dòng)部件密封問題，其密封性相對(duì)較差，并且存在澆注料對(duì)密封圈的腐蝕及石英砂沉積等問題[1]，急需進(jìn)行改進(jìn)。

1 電磁截止閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有截止閥存在的優(yōu)缺點(diǎn)，以及在使用過程中常見的問題，我們對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。在截止閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中主要考慮以下幾點(diǎn)因素：（1）解決因彈簧剛度而引起性能差的問題。（2）采用電磁結(jié)構(gòu)，且提高電磁結(jié)構(gòu)散熱性，防止線圈過熱燒壞。（3）解決截止閥密封性能差的問題。

通過對(duì)以上幾點(diǎn)因素的分析，以及對(duì)不同方案進(jìn)行比較和實(shí)驗(yàn)后，選擇了如圖1所示的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖1 電磁截止閥的結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Diagram of the electromagnetic shut-off valve

2 電磁截止閥密封性的研究

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

密封性能的研究是研究截止量閥的主要任務(wù)之一，即可靠的、耐久的密封。因?yàn)榻刂归y的主要失效形式就是密封的損壞，其可以引起整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，對(duì)密封性能研究是至關(guān)重要的。

電磁截止閥閥口通常采用接觸式密封，要具有良好的密封效果，密封面必須存在足夠大的密封比壓力，所需密封比壓力與密封材料、寬度、表面粗糙度及介質(zhì)壓力有關(guān)[2]。本文通過如圖 2所示的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)密封性能展開研究。通過減壓閥和壓力表調(diào)節(jié)澆注物料的物料的壓力，密封面的壓力由砝碼、推桿及球形閥的重量確定，量杯用于測(cè)試截止時(shí)的泄漏量。

圖2 電磁截止閥靜密封實(shí)驗(yàn)裝置Fig.2 Electromagnetic shut-off valve static sealing testing device

2.2 密封材料與密封面泄漏量的關(guān)系

由于澆注的物料一般具有腐蝕性，因此本文對(duì)不銹鋼鋼球與黃銅及聚四氟乙烯配對(duì)構(gòu)成的常見耐腐蝕密封面進(jìn)行測(cè)試[3-5]。不同密封比壓力下，分別測(cè)試鋼球--黃銅、鋼球--聚四氟乙烯密封面的泄漏量ΔV，單位密封長(zhǎng)度泄漏流量qL=(ΔV/2)πrt，式中r為密封面的平均半徑，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 密封材料與密封面泄漏量的關(guān)系Fig.3 The relationship between amount of leakage and sealing materials

通過圖3可以得出，不同的密封材料在同一環(huán)境條件下泄漏量不同，其他因素不變，在同一密封比壓力下，通過鋼球--聚四氟乙密封面的泄漏流量比鋼球--黃銅密封面的泄漏量小，泄漏量隨著密封比壓力的不斷增大而逐漸減小，當(dāng)無泄漏時(shí)即泄漏量為零，鋼球--聚四氟乙烯密封面的密封比壓力比鋼球--黃銅密封面小很多。

2.3 密封寬度及接觸表面粗糙度與密封性的關(guān)系

2.3.1 密封寬度與密封性的關(guān)系

分別選用3種不同密封寬度的的密封面進(jìn)行試驗(yàn)，以此研究密封寬度與密封性的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示

圖4 密封寬度與密封性的關(guān)系Fig.4 The relationship between seal width and sealing function

結(jié)果表明，增加密封寬度，密封比壓力減小，在同樣工作環(huán)境條件下閥口密封面的密封壓力降低，有助于有利于電磁截止閥的開啟。隨著澆注物料壓力逐漸增大所需密封比壓力也開始增大，但增大幅度逐漸降低.

2.3.2 密封接觸表面粗糙度與密封性的關(guān)系

分別選用 3種表面粗糙度不同的鋼球進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 接觸表面粗糙度對(duì)密封性的影響Fig.5 The relationship between contact face roughness and sealing function

結(jié)果表明，不同的密封材料其表面粗糙度對(duì)密封性能的影響不同，但相對(duì)同一種材料而言，其表面粗糙度越高密封性能越差，表面粗糙度越低密封性能越好。

2.4 截止時(shí)密封力最優(yōu)值的確定

電磁截止閥的密封力最優(yōu)值是在保證截止閥在一定時(shí)間內(nèi)無泄漏并能夠?qū)崿F(xiàn)可靠密封的最小壓力。不同的密封材料，密封力最佳值也不一樣。我們利用以上裝置對(duì)聚四氟乙烯進(jìn)行試驗(yàn)來確定其封口壓力的最優(yōu)值，澆注原料的工作壓力可以通過調(diào)節(jié)氣壓泵的壓力來實(shí)現(xiàn)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，觀察封口處物料泄漏情況，不斷調(diào)節(jié)密封壓力直至在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無泄漏。反復(fù)試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并根據(jù)截止閥上的祛碼,推桿和球形閥重量得出密封面的接觸壓力，從而得出密封力的最優(yōu)值。密封比壓力最優(yōu)值為

式中：G —密封面的接觸壓力；

b —密封面的徑向?qū)挾龋?/p>

r —密封面的平均半徑。

在實(shí)際生產(chǎn)中密封比壓力取1.2倍的最佳值以保證密封的可靠性，但密封比壓力應(yīng)小于密封材料的許用比壓力。

3 結(jié)束語

通過對(duì)澆注機(jī)電磁截止閥的設(shè)計(jì)與研制，使截止閥的結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，使截止閥的密封性能與可靠性都得到了很大的提高，基本上解決了截止閥在生產(chǎn)中常見的問題，從而提高了澆注機(jī)的整體性能，澆注產(chǎn)品的質(zhì)量得到改善。為實(shí)際生產(chǎn)中電磁閥設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

［1］關(guān)勇. 新型灌注機(jī)電磁強(qiáng)制閥的設(shè)計(jì)與研制[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用,2004, 17(3): 68-69.

［2］劉后桂. 密封技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：湖南科技出版社，1983.

［3］林崢. 實(shí)用密封手冊(cè)[M]. 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

［4］蔣慶華. 閥孔密封[J].自動(dòng)化儀表，1993(6)：11-I3.

［5］水壓電磁閥閥口密封性能試驗(yàn)研究[J]. 鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）,2003, 24(2):70-72.