張圓圓

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

閥門密封性能簡析

張圓圓

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

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

閥門；密封；性能

1 引言

隨著中國科技的進步與經(jīng)濟的高速發(fā)展以及工業(yè)水平的持續(xù)提升，閥門在生活尤其是工業(yè)生產(chǎn)中起著極其重要的作用。閥門除了必須滿足使用安全以及質(zhì)量可靠的性質(zhì)以外，必須滿足最重要的性質(zhì)-密封性。然而，泄漏在一定程度上限制了閥門在民用與工業(yè)中更加廣泛的應(yīng)用。閥門泄漏包括內(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。我們可以對實際應(yīng)用中的具體條件、閥門泄漏的位置以及經(jīng)濟價值等進行綜合考慮，提出不同的解決措施以及建議。

2 泄漏標(biāo)準(zhǔn)

判斷閥門是否發(fā)生了泄漏的標(biāo)準(zhǔn)為閥門在一定的時間內(nèi)能否保證設(shè)備內(nèi)部物質(zhì)沒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，在應(yīng)用過程中允許的物質(zhì)泄漏最大量即為此種閥門的泄漏標(biāo)準(zhǔn)。閥門密封性能優(yōu)良與否，通常用閥門對物質(zhì)的泄漏比例或者閥門內(nèi)部所受壓力來表示，閥門密封性能的優(yōu)良分為四個等級[2]：

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

（2）低漏級密封，同樣適用于對密封性能要求不高的閥門；

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

（4）原子級，適用于對閥門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以及原子對撞機設(shè)備等。美國機構(gòu)中的原子級密封指的零泄漏。

3 閥門的密封型式及原理

3.1 密封型式

3.1.1 接觸密封

利用外力使閥門與其他部件相互之間進行緊密接觸使閥門部件之間的縫隙最小化，甚至消除他們之間的縫隙，這類密封叫做接觸密封。接觸密封從運動方面考慮又分為動密封和靜密封。其中，靜密封全部為接觸密封。而動態(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，因為摩擦?xí)a(chǎn)生部件磨損，不利于閥門的密封性。因此，接觸密封適用于一些接觸面運動相對少一些或者沒有發(fā)生運動的地方。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，其中彈性密封指的是通過具有彈性形變能力的高分子材料構(gòu)成的部件之間，通過材料受力發(fā)生彈性形變來使閥門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，且對部件性能要求低，使用成本低，維修方便，缺點就是對環(huán)境溫度要求較高，溫度太高會使高分子材料變得過軟，影響氣密性；溫度過低就會使高分子材料變得過硬，使得部件在運動時容易摩擦損壞。非彈性密封指的是通過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償部件來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。

3.1.2 非接觸密封

閥門與其他部件相互之間留有一定的間隙，并沒有緊密接觸使閥門部件之間的縫隙最小化甚至消除他們之間的縫隙，這類密封叫做非接觸密封。因為現(xiàn)實應(yīng)用中閥門密封主要為接觸密封，所以，重點介紹接觸密封，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

閥門密封主要目的是為了防止存儲物質(zhì)外泄，造成存儲物質(zhì)外泄的原因主要包括閥門部件之間存在間隙以及閥門部件之間有壓力差[4]。其中閥門部件之間存在的間隙是造成閥門泄漏的主要原因。密封機制為通過一些介質(zhì)利用不同的方法來使閥門部件之間的縫隙最小化甚至消除他們之間的縫隙，從而防止存儲物質(zhì)外泄。

因為大部分閥門間隙目前對閥門泄漏存儲物質(zhì)量多少的研究主要是通過毛細管原理來推導(dǎo)計算[5]。大量的實驗數(shù)據(jù)顯示，單位面積上的存儲物質(zhì)泄流量與近似為毛細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物質(zhì)泄流量還與存儲物質(zhì)的流體性質(zhì)有關(guān)系。但是這種推導(dǎo)方法實驗條件要求嚴(yán)格，在實際應(yīng)用中，達不到實驗中的嚴(yán)格規(guī)范條件，所以這種理論目前對實際應(yīng)用沒有很大的實際意義。

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

3.2.1 對液體的密封性

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

3.2.2 對氣體的密封性

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

4 結(jié)論

本文詳細介紹了閥門的密封原理以及防止存儲物質(zhì)外泄的措施方法，對專業(yè)人員具有一定的參考作用。

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

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

[3]康立新.試論機械密封泄漏的原因及解決辦法[J].中國石油和化工標(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].科技促進發(fā)展（應(yīng)用版），2011（02）.

[5]馬科篤，吳靜，余篤軍.RTY500壓縮機十字頭組件頻繁故障的排除[J].中國設(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，研究方向為閥門。