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    发布日期:2017-2-21


    阀门密封技术的研究现状和展望

    摘 要:阀门在现代生产和生活中的重要性是不言而喻的,文章介绍了阀门的分类和结构,并对阀门密封技术的研究现状进行了分析,在此基础上进一步提出了阀门密封技术的研究展望,为后续的深入研究奠定了基础。

    关键字:阀门 密封技术 泄漏 材料


    1 概述

    阀门是一种应用十分广泛的机械零件,在现代生产和生活中的作用越来越显著,无论是高端的科技领域还是日常的普通生活都离不开它。正是因为阀门应用的广泛性,使得阀门的种类非常多,结构也不尽相同,这样也给阀门的维护保养带来一定的问题。阀门的种类虽然繁多,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。

    2 阀门的分类和结构

    阀门的种类繁多,划分起来不是那么容易,既可以按照原理划分,也可以按照作用来划分,还可以按照结构来划分,甚至可以结合起来进行划分,不管哪种划分方法,都改变不了阀门的用途。目前国际上常用的分类方法是将阀门划分为这些种类,即闸阀、球阀、碟阀、截止阀、安全阀、减压阀、节流阀、旋塞阀、调节阀等。在这些阀门中,闸阀、球阀、碟阀、截止阀就属于截断阀的种类,主要用于连通或者截断介质流;而减压阀、节流阀、调节阀就属于调节阀的种类,主要用于调节介质流的流量、温度和压力等;而安全阀主要用于超压的安全保护。

    除了上述这些分类之外,还可以按照工作压力进行分类,此时可以分为真空阀、低压阀、中压阀、高压阀和超高压阀等;如果按照介质的工作温度进行分类,则可以划分为高温阀、中温阀、常温阀、低温阀和超低温阀;另外,如果按照阀体的材料进行分类的话,则可以划分为金属材料阀门、非金属材料阀门、金属阀体衬里阀门。

    阀门的种类虽然繁多,但是基本结构却差不多,大致上都可以由阀体、阀芯和阀座组成。这里以最常用的调节阀为例,分析阀门的结构组成。在调节阀的基本阀体结构中,可以有直通式、角型结构和Z型结构三种类型;而在基本阀芯结构中,则有抛物面结构、笼式结构和V型坡口三种类型;在基本阀座结构中,则有堆焊式阀座、旋入式阀座、焊接式阀座和嵌入式阀座四种类型。这些不同的基本结构组合在一起就构成了种类繁多的

    阀门结构。阀门的基本结构,见表1。

    表1 阀门的基本结构组成

    3 阀门密封技术的研究现状

    阀门的种类虽然繁多,但是密封问题都是必不可少的,而且非常重要。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。下面对这两种阀门密封技术分别加以详细分析。

    3.1 静密封

    静密封是指在两个静止的截面之间形成密封,其密封方法主要是使用垫圈。垫圈的种类很多,经常使用的垫圈包括平垫圈、O形圈、包垫圈、异形垫圈、波形垫圈和缠绕垫圈等几大类,每种类型下面又可以根据使用材料的不同而进一步进行划分。

    ①平垫圈。平垫圈就是平整的贴于两个静止截面之间的垫圈,一般根据使用的材料可以划分为塑料平垫圈、橡胶平垫圈、金属平垫圈和复合材料平垫圈,每种材料的平垫圈都有其适用的范围。

    ②O形圈。O型圈是指断面形状呈O型的垫圈,由于其断面形状是O型,有一定的自紧作用,所以密封效果比平垫圈好。

    ③包垫圈。包垫圈是指将某种材料包裹在另一种材料上的垫圈,这样的垫圈一般具有良好的弹性,可以增强密封效果。

    ④异型垫圈。异型垫圈是指那些形状不规则的垫圈,包括椭圆形垫圈、菱形垫圈、齿轮型垫圈、燕尾型垫圈等,这些垫圈一般有自紧作用,大多在高中压阀门中使用。

    ⑤波形垫圈。波形垫圈是只具有波浪形状的垫圈,这类垫圈通常是将金属材料和非金属材料组合起来构成,一般具有压紧力小,密封效果好的特点。

    ⑥缠绕垫圈。缠绕垫圈是指把很薄的金属带和非金属带紧贴在一起、缠绕形成的垫圈,这类垫圈具有良好的弹性和密封性。

    垫圈的制作材料主要包括三大类,即金属材料、非金属材料和复合材料。一般来说,金属材料的强度高,耐温性能强,常用的金属材料有铜、铝、钢等。非金属材料的种类很多,包括塑料制品、橡胶制品、石棉制品、麻制品等,这些非金属材料的使用广泛,根据具体的需要来选用。复合材料的种类也很多,包括层合板、复合板等,也是根据具体需要选用,一般在波形垫圈和缠绕垫圈等上面使用的比较多。

    3.2 动密封

    动密封是指不让阀内的介质流随阀杆运动而泄漏的密封,这是一个相对运动过程中的密封问题,其密封方法主要是采用填料函。填料函的基本形式有两种,即压盖式和压紧螺母式。压盖式是目前使用得最多的形式,一般从压盖的形式而言,可以分为组合式和整体式两种,每种形式虽有区别,但是基本上都包含有压紧用的螺栓。压紧螺母式一般用于较小的阀门,由于这种形式的尺寸较小,所以压紧力是受到限制的。

    在填料函内,由于填料是直接与阀杆接触的,所有要求填料的密封性好、摩擦系数小、能够适应介质的压力和温度、并且耐腐蚀。目前比较常用的填料包括橡胶O型圈、聚四氟乙烯编织盘根、石棉盘根和塑料成型填料等,每种填料都有其适应的条件和范围,根据具体的需要来选取。

    4 阀门密封技术的展望

    随着科技的不断发展,对阀门的要求也越来越高,因此阀门密封技术也在不断发展,新的密封材料和技术也在不断出现。主要体现在以下几个方面:

    ①生料密封。何谓生料?就是高分子有机化合物在烧结成制品之前的材料。生料具有质地柔软的特性,可以产生单分子膜效应。生料在使用时可以自由成形,并且只要一有压力,就会形成一个均匀的环形膜,这个环形膜起到了密封作用。生料使用起来十分方便,可以做成一定的形状,更换容易,密封效果良好。

    ②液体密封。液体密封是指利用液态密封胶来实现阀门密封的一种密封技术,它一般用于静密封。在液体密封中,主要利用了液态密封胶的单分子膜效应,使其在适当压力下像垫圈一样地起作用。

    ③波纹管密封。波纹管密封是指利用波纹管实现阀门密封的一种密封技术,它一般用于动密封。在波纹管密封中,波纹管的两端通常与别的零件固定在一起,因此当阀杆运动时,波纹管会产生伸缩,只要波纹管自身保持完好,介质就不会发生泄漏,从而就可以实现阀门的密封。这种阀门密封技术主要应用于化学工业和原子能工业上面,针对无法使用填料密封的场合。

    5 结语

    随着经济社会的进一步发展,阀门的应用要求也会越来越高,阀门密封技术也会突飞猛进,更多的新材料和新技术也会运用进来,关于这方面的研究也会越来越深入。

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