影響密封性能的因素很多,主要有以下幾種:
①密封面的質(zhì)量
當(dāng)密封面上的比壓在40.OMPa以下時,密封面的加工精度及表面粗糙度起決定性作用。剛性結(jié)構(gòu)的密封面其空氣的滲漏量與表面粗糙度的關(guān)系如圖1所示。試樣的直徑d=50mm、空氣壓力p=0.5MPa。從圖中曲線看出,密封面上的比壓很小時,空氣的滲漏量隨著表面粗糙度的惡化而快速增加,但是,當(dāng)密封面上的比壓很大時,表面粗糙度對滲漏量的影響會大大地減弱。

1-工作比壓q=3.0MPa
2-工作比壓q=6.5MPa
3-工作比壓q=10.0MPa
4-工作比壓q=20.0MPa
這說明在比壓q很大時,密封面表面比壓小時的壓平程度要大得多,并且密封面之間的表面粗糙度中的差異變得不大了。
密封面表面的不平度及其表面與理想平面的偏差程度對連接的密封性的影響很大,但到目前為止還沒有關(guān)于這方面的數(shù)據(jù)。
②密封面的寬度
密封面的寬度決定于毛細(xì)孔的長度,當(dāng)寬度加大時,介質(zhì)沿毛細(xì)孔的運動行程加長了,因此增加了運動阻力。加大密封面寬度可以減小高壓閥門中的侵蝕和磨損。密封面寬度加大后,會造成泄漏行程長度成正比例地增加,因而能按比例的減小泄漏量,但是實際上,這種情況是不存在的。因為密封面變寬后,加工的平整度不如窄密封面,密封面不平度可能增加,又因為啟閉件的變形,使在整個密封面的寬度上不能完全一致地保證密封性。
③閥前和閥后的壓力差
雖然閥前、閥后的壓力差和泄漏量成正比關(guān)系。但實驗證明:在其他條件相同的情況下,泄漏量的增長是超過壓力差增長的。泄漏量與壓力差之間的關(guān)系可以近似地以下式表示:
qv=M(N△P2+S△p)
式中M、N、S ——系數(shù)。與材料、密封面加工質(zhì)量、密封面上的比壓值和其他條件有關(guān)的固定值。
④密封面的材料及其狀態(tài)
密封面的材料及其狀態(tài)對泄漏有顯著的影響。保證密封性能的方法是將兩個表面相互貼合,使表面間的間隙成為毛細(xì)孔形狀,阻止介質(zhì)通過。間隙的大小取決于密封面的微觀不平度。所以,如果要使用較硬的材料(鋼)獲得同樣的密封程度的密封性,就必須使比壓大于較軟的材料(黃銅)的比壓值。
與密封面有關(guān)的表面處理狀態(tài):如波峰的變形,間隙尺寸和幾何形狀的變化及其他現(xiàn)象都發(fā)生在金屬表層上。眾所周知,表層金屬的性能與基體金屬材料的性能有明顯區(qū)別。由于機械加工引起的變化可以影響表層深度50μm,在研磨時,基體金屬材料不會露出,工作表層金屬組織不同于基體金屬組織。因此,同一個試樣在經(jīng)過兩種不同規(guī)范加工之后各進(jìn)行試驗。雖然表面粗糙度相同,也可能得出不同的試驗結(jié)果。
材料性能的影響比幾何形狀及微觀不平度的影響小些。金屬性能的差異,通常小于其他因素的影響。密封面在低壓條件工作時,這種情況就更為突出。當(dāng)比壓高于40.0MPa時,材料表面粗糙度對密封性能的影響就較小,而對材料性能的影響便增加。
⑤介質(zhì)性質(zhì)
液體介質(zhì)對泄漏量的影響基本上取決于粘度。在一個閥門中,在各種條件相同的情況下,粘度大的介質(zhì)比粘度小的介質(zhì)滲漏量要小得多,氣體介質(zhì)和液體介質(zhì)相比差別更為明顯。氣體比液體滲漏更為明顯,但是飽和蒸汽除外,飽和蒸汽反而容易保證密封。這是因為當(dāng)飽和蒸汽通過毛細(xì)孔時,落在毛細(xì)孔內(nèi)的液滴堵塞了毛細(xì)孔,并阻礙了氣體的通過。
⑥密封面親水性
密封表面親水性影響泄漏量是因為毛細(xì)孔特性的作用。只要密封表面上有一層很薄的油膜,就需加大通過間隙水的壓力。由于金屬表面具有良好的親水性,煤油能很容易地滲透鑄件和密封面的間隙。因此,在一些最關(guān)鍵的場合,密封性能是采用煤油來進(jìn)行試驗的。一般認(rèn)為,采用腔體內(nèi)灌煤油的方法進(jìn)行密封性試驗,大致上相當(dāng)于O.3~0.4MPa壓力下的水壓密封試驗。
⑦密封面間油膜的存在
密封面間存在油膜對密封性有顯著影響。當(dāng)密封面間有油膜時,破壞了密封表面間的親水性,這樣就需要較大的壓力差,才能使介質(zhì)通過毛細(xì)孔。另外,密封面上有稠密封油膜能堵塞介質(zhì)通過的毛細(xì)孔,提高密封面的密封性能。
旋塞閥、球閥及其他閥門中采用密封脂可以顯著地改善其密封性能,并提高使用壽命,在采用密封脂密封時應(yīng)注意,當(dāng)使用中密封脂減少時,應(yīng)及時注脂,恢復(fù)油膜厚度。
閥門中采用的油脂不允許溶于介質(zhì),應(yīng)保證在50℃時不熔化,也不應(yīng)該硬化或有其他的化學(xué)變化。
⑧閥門和啟閉件的剛性和結(jié)構(gòu)
閥門和啟閉件的剛性和結(jié)構(gòu)的影響是由于零件的彈性作用所致。由于閉路閥的啟閉件不是絕對的剛性,而是具有一定的彈性,在介質(zhì)壓力作用下,尺寸是會變化的,這也就引起密封面間的力相互作用的變化。
為補償這些變化對啟閉件密封性能的影響,最好是使密封副具有較小的剛度,即彈性變形盡可能大些,因而目前采用彈性密封副的趨勢顯著增加,如閘閥的彈性閘板,球閥的彈性閥座等都得到廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)在來研究零件的剛性對截止閥工作的影響,假如截止閥具有絕對剛性,閥門在介質(zhì)進(jìn)入前關(guān)閉,只要在閥桿上加密封力MF就足以保證截止閥密封。當(dāng)介質(zhì)從閥瓣下方進(jìn)入閥體時,該密封力就等于密封力加介質(zhì)作用力,即FMF+FMJ才能保證截止閥的密封狀態(tài)。
圖2說明了在壓力p增高時通過截止閥的滲漏量qv的變化曲線,曲線反映出截止閥零件結(jié)構(gòu)剛度對滲漏量的影響。
當(dāng)截止閥內(nèi)零件有彈性時,情況就不同了,作用FMF+FMJ就不能保證密封性,這時,作用力應(yīng)等于F=FMF+FMJ-FMT,因為作用在閥瓣上的介質(zhì)壓力FMJ由于閥桿變形而卸載,因此影響了密封。現(xiàn)在所研究的是最簡單的基本原理,實際上,零件的彈性特點,對閥門工作的影響要復(fù)雜的多。
溫度對密封性有很大的影響,隨著溫度的升高,介質(zhì)粘度減小,零件的線性尺寸會發(fā)生變化。零件變形會使經(jīng)研磨的密封面的密封性受到破壞,研究表明,對盤形平面的一處局部加熱至60℃便發(fā)生了畸變,產(chǎn)生不平。因此,對在重要場合下的閥門(如安全閥),其密封面的研磨工序在工作溫度下進(jìn)行是合理的。在溫度變形的情況下研磨密封面,就能保證在工況條件下的密封性。
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