3．閥門密封形式及原理
閥門作為管道中控制元件，不論依何種結構形式，在管道中所起的作用都是來控制和調節管道中介質而存在，因此對閥門的密封副有著特殊的要求。
3．1 密封形式
密封有非接觸密封和接觸密封之分。
密封面問預留固定的裝配間隙，無需密封壓力壓緊密封面的各類密封統稱非接觸密封。
借密封力使密封副互相靠緊、接觸并嵌入以減少或消除間隙的各類密封統稱為接觸密封。
針對閥門密封面，填料與閥桿、法蘭密封均為接觸密封。以密封面的性質狀態可分為四種(見表1)。
| 原理圖 | 特點 | |
| 按 觸 型 密 分 |
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密封面將軟質墊片或填料壓緊，使之產生彈塑性變形，以填塞密封面上面的水平，消除間隙 密封面上接觸帶較窄，比壓分布均勻 對加工精度要求不高，成本低廉，但乃拆性次數及壽使均較低 |
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由于兩個曲率不同的精密成型的表面相接觸，構成了閉合的接觸線般的圓，靠接觸線上材料的微小彈性變形率來填塞密封面圓的水平之處。要求制造精度高 密封帶極窄彈性變形量很小，補充能力小，耐多次裝拆，造于高壓、高溫、重負荷密封。 |
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精密研磨的平面，圓柱面或錐面靠外力壓緊密接，不產生明顯的彈性和塑性變形。密封間隙主要取決于研磨精度，以工件尺寸大小不同，密封間隙可從分子膜厚至5μm量級 |
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密封間隙受兩種因素互相制約共同調節密封的工作間隙 根據控制間隙的力的性質分靜壓式和動壓式，此外還有外控制式（利用調節閥原理調節間隙）和熱脹冷縮控制式等 密封間隙在0.5～10um范圍以內。還用于高壓、高速。尚可實現氣體潤滑 |
接觸密封副相對運動，有動密封和靜密封之分。一般來說接觸密封比較嚴密，因受密封副摩擦磨損的限制，接觸密封僅適用于密封面相對運動速度比較低的場合。接觸密封文可分為彈性密封和非彈性密封兩類。彈性體密封就是利用高分子彈性材料制成的，利用密封材料的彈性、塑性變形補償、減少或消除間隙。密封可靠，結構簡單，尺寸緊湊，價格低廉，但耐熱的范圍較窄，壽命相比較低，通常用作較低參數的密封。
非彈性密封的密封面是用金屬、石墨等非彈性材料制成的，應用于微量彈性變形及磨損補償機構，這種結構加工精度要求高，價格較高、耐熱、耐寒等性能優良，壽命較長，通常多應用于高參數密封。
3．2 密封原理
密封的功能是阻止泄漏，造成泄漏的因素很多，但主要有兩個，一是密封副之間存在著間隙；二是密封副的兩側存在著壓差。前者是影響密封性能的主要因素。密封的基本原理是通過不同的途徑阻止介質的泄漏。
對密封泄漏量的影響，首先可用毛細管原理進行解釋。多項研究結果表明：密封副周邊單位長度上的泄漏量與毛細管直徑(φd)的四次方、液體的密度、密封副兩側間的壓差的乘積成正比。與密封面的寬度成反比。泄漏量的大小與流體的性質有關。
根據密封副之間的間隙小于流體分子直徑才能保證流體不泄漏的觀點，可以認為，防止液體泄漏的間隙必須小于0.003μm，但是即使經過精細研磨，金屬表面粗糙度超過O.1μm，還是比水分子直徑大30倍。由此數據可見，降低密封面粗糙度的方法來提高密封性能是難以做到的，但加大管道密封比壓，將密封面上微觀高峰壓平，使其產生塑性變形，使間隙小到流體難于通過才能保證密封。
3．2．1液體的密封性
液體的密封性決定于液體的物理性質。對其密封要由表面張力和液體的粘度來確定。
根據毛細管原理進行解釋，但毛細管充滿氣體時，根據液體與管壁形成的切角度數，表面張力可能將液體引入毛細管內或對液體進行排斥，形成切角。因此相切度數就是測定被液體侵濕度的量值，它表明毛細管壁或液體分子的引力與液體本身分子間引力兩者的強度關系。
當泄漏的毛細管注滿介質時，毛細管壓力變為零，除非由介質所帶來的氣泡注滿水柱。雷諾通過大量的實驗發現：用同一種流體在不同直徑A管內進行試驗，所得到的臨界流速值是各不相同的；用不同的流體在同一直徑的A管中進行試驗，所得到的臨界流速也是各不相同的。這就說明流體的流動狀態不僅與流速有關系，還和流體的種類、管子的直徑有關。而進一步的實驗表明，無論流體的種類和管子的直徑如何變化，流體的密度ρ和粘度μ、管子的直徑d、流體的臨界流速vc，這四個物理按
組合成無量綱數Re而且約為2320。
Re稱為臨界雷諾數。Re在2320～4000是層流向紊流轉變的過渡區。
在生產實踐中，用減小毛細管泄漏的直徑來達到密封。一是用提高密封副的平整度和減少表面所需的粗糙度來實現；二是加大密封壓力，使密封副表面產生塑性變形阻止介質的通過。
3．2．2氣體密封性
氣體的密封性是由氣體的粘性和氣體分子大小決定的，如果毛細管直徑較大，泄漏介質成紊流，毛細管直徑減小，雷諾數降低到臨界值以下，泄漏介質將變成層流。根據泊松公式，泄漏介質流態與氣體的粘稠度和毛細管的長度成反比，與驅動力和毛細管的直徑成正比，當毛細管直徑降低到氣體分子平均自由程度的相同數量級時，流態就失去其密集特性成散發，通過塑性變形使毛細管尺寸降低到氣體分子以下，即使這樣，氣體的流動也不會停止，因為氣體可以通過固體金屬壁擴散。這也是我們所做閥門用水作為實驗介質而不是用氣體作為實驗介質的原因，也進一步的說明了氣體做密封試驗要比液體嚴得多。
3．2．3閥門密封副
閥門密封副是指閥座與關閉件相互接觸進行關閉的部分。由于密封副在關閉過程中受到磨損，密封性能隨著使用而降低。在使用過程中，金屬密封面易受夾入介質和磨損顆粒的影響，還受到沖刷、腐蝕和氣蝕的損害。如果磨損顆粒比表面的不平整度大，在密封磨合時期表面精度就會變壞。想反，假如磨損顆粒比表面的不平整度小，在磨合時期，相對比較粗糙的表面就會改善。因此磨損顆粒的大小不僅取決于材料和工況，還取決于介質的潤滑性和對密封面沾染腐蝕的介質情況。
密封件應當選用能抗腐蝕，耐沖刷和抗磨損的材料。如果不能滿足其中的一個條件那么這種材料就不應當適合做密封面材料。
4．結論
綜上所述，影響閥門密封性能的因素很多，也很復雜，主要體現在以下幾個方面：
(1)介質的物理性質，主要包括溫度、粘度、親水性等。
(2)密封副的結構，由于密封副不是絕對剛性的，它在密封力作用下、工況環境影響下，結構尺寸必然會發生變化，從而改變密封副之間的相互作用力使密封性能降低。
(3)密封副材料，主要表現在密封副材料的選擇和匹配。
(4)密封比壓，比壓是由閥前和閥后的壓力差及外加力決定的。比壓直接影響密封性、可靠性和使用壽命。
(5)密封措施，根據密封泄漏影響的因素和泄漏基本原理；密封副之間存在著間隙，密封副兩側存在著壓差。
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