阀门密封知识

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阀门密封知识
$ I9 ^( p1 o* [/ A0 F对阀门密封性能的要求，要防止泄漏角度出发。根据其泄漏的不同部位和程度，导致阀门的泄漏情况不同，因此，需要提出不同的防漏措施。
! X6 B$ l# ~+ e) z: }9 e; w一阀门密封性原理 密封就是防止泄漏，那么阀门密封性原理也是从防止泄漏研究的。造成泄漏的因素主要有两个，一个是影响密封性能的最主要的因素，即密封副之间存在着间隙，另一个则是密封副的两侧之间存在着压差。阀门密封性原理也是从液体的密封性、气体的密封性、泄漏通道的密封原理和阀门密封副等四个方面来分析的。
1、液体的密封性 液体的密封性是通过液体的粘度和表面张力来进行。当阀门泄漏的毛细管充满气体的时候，表面张力可能对液体进行排斥，或者将液体引进毛细管内。这样就形成了相切角。当相切角小于90°的时候，液体就会被注入毛细管内，这样就会发生泄漏。发生泄漏的原因在于介质的不同性质。用不同介质做试验，在条件相同的情况下，会得出不同的结果。可以用水，用空气或用煤油等。而当相切角大于90°时，也会发生泄漏。因为与金属表面上的油脂或蜡质薄膜有关系。一旦这些表面的薄膜被溶解掉，金属表面的特性就发生了变化，原来被排斥的液体，就会侵湿表面，发生泄漏。针对上述情况，根据泊松公式，可以在减少毛细管直径和介质粘度较大的情况下，来实现防止泄漏或减少泄漏量的目的。
2、气体的密封性 根据泊松公式，气体的密封性与气体分子和气体的粘性有关。泄漏与毛细管的长度和气体的粘度成反比，与毛细管的直径和驱动力成正比。当毛细管的直径和气体分子的平均自由度相同时，气体分子就会以自由的热运动流进毛细管。因此，当我们在做阀门密封试验的时候，介质一定要用水才能起到密封的作用，用空气即气体就不能起到密封的作用。即使我们通过塑性变形方式，将毛细管直径降到气体分子以下，也仍然不能阻止气体的流动。原因在于气体仍然可以通过金属壁扩散。所以我们在做气体试验时，一定要比液体试验更加的严格。
1 U5 e) T7 x& k3 A* g. _3、泄漏通道的密封原理 阀门密封由散布在波形面上的不平整度和波峰间距离的波纹度构成粗糙度两个部分组成。在我国大部分的金属材料弹性应变力都较低的情况下，如果要达到密封的状态，就需要对金属材料的压缩力提更高的要求，即材料的压缩力要超过其弹性。因此，在进行阀门设计时，密封副结合一定的硬度差来匹配，在压力的作用下，就会产生一定程度的塑性变形密封的效果。如果密封表面都是金属材料，那么表面不平整的凸出点就会最早的出现，在最初只需用较小的载荷就可以使这些不平整的凸出点产生塑性变形。当接触面增大时，表面的不平整就会变成塑性-弹性变形。这时处在凹处的两面粗糙度就会存在。需要施加能使底层材料产生严重塑性变形的载荷时，并且使得两表面接触紧密，沿着连续线和环向方向才能使这些尚存的通径密合。
4、阀门密封副 阀门密封副是阀座和关闭件在互相接触时进行关闭的那一部分。金属密封面在使用过程中，容易受到夹入介质，介质腐蚀，磨损颗粒，气蚀和冲刷的损害的。比如磨损颗粒。如果磨损颗粒比表面的不平整度小，在密封面磨合时，其表面精度就会得到改善，而不会变坏。相反，则会使表面精度变坏。因此在选择磨损颗粒时，要综合考虑其材料，工况，润滑性和对密封面的腐蚀情况等因素。如同磨损颗粒一样，我们在选择密封件时，要综合考虑影响其性能的各种因素，才能起到防泄漏的功能。因此，必须选择那些抗腐蚀，抗擦伤和耐冲刷的材料。否则，缺少任何一项要求，就会使其密封性能大大降低。
二、影响阀门密封的主要因素
影响阀门密封的因素很多，主要有以下几种：
1、密封副结构 在温度或密封力作用的变化下，密封副的结构就会发生变化。而且这种变化会影响和改变密封副相互之间的作用力，从而使阀门密封的性能减小。因此，在选择密封件时，一定要选择具有弹性变形的密封件。同时，也要注意密封面的宽度。原因在于密封副的接触面不能完全吻合，当密封面宽度增加，就要加大密封所需要的作用力。
- x& k# Y4 q, n( @  Q0 \2、密封面比压密封面的比压大小影响着阀门密封性能大小和阀门的使用寿命。因此，密封面比压也是非常重要的一个因素。在相同的条件下，比压太大会引起阀门的损坏，但比压太小酒会造成阀门泄漏。因此，需要我们在设计时要充分考虑到比压的合适度。
7 i$ k  }; u. T  d) t/ n3、介质的物理性质：介质的物理性质也影响到阀门密封性能。这些物理性质包括温度，粘度和表面的亲水性等。温度变化不仅影响着密封副的松弛度和零件尺寸的改变，还与气体的粘度有着密不可分的关系。气体粘度随着温度的升高或降低而增大或减小。因此，为了减少温度对阀门密封性能的影响程度，我们在进行密封副设计时，要把其设计成弹性阀座等具有热补偿性的阀门。粘度与流体的渗透能力有关。当在相同条件下时，粘度越大，流体的渗透能力就越小。表面的亲水性是指在金属表面有一层薄膜时，要去掉这层薄膜。因为这层很薄的油膜，会破坏表面的亲水性，导致堵塞流体的通道。
7 f) s, e% w/ [% L' a9 Z4、密封副的质量 密封副质量主要是指我们要对材料的选择，匹配，制造精度上进行把关。比如，阀瓣与阀座密封面很吻合，能提高密封性。环向波纹度多的特点，是其迷宫密封性能好。 阀门泄露在生活、生产中十分普遍，轻则会造成浪费，或给生活带来危险，如自来水阀门泄露，重则导致严重后果的发生，如化工行业的有毒、有害、易燃、易爆及腐蚀性介性质的泄漏等，严重的威胁人身安全、财产安全和环境污染的事故。一台依靠外力旋转传动开及关闭的阀门都设计有一个密封装置既用在填料涵中装上一定数量的填料密封圈，以至达到密封效果，但密封情况有如何呢？阀门的填料处泄漏是阀门中最容易出现泄漏故障的部位其一，但究其原因大致有二个方面的原因。三、阀门密封形式
8 o: V" _& P9 T# e密封件在阀门中也是十分关键的部件。阀门的密封性能是指阀门各密封部位阻止介质泄漏的能力，它是阀门最重要的技术性能指标。 阀门的密封部位有三处： 启闭件与阀座两密封面间的接触处;填料与阀杆和填料函的配合处;阀体与阀盖的连接处。其中前一处的泄漏叫做内漏，也就是通常所说的关不严，它将影响阀门截断介质的能力。对于截断阀类来说，内漏是不允许的。后两处的泄漏叫做外漏，即介质从阀内泄漏到阀外。 外漏会造成物料损失，污染环境，严重时还会造成事故。对于易燃易爆、有毒或有放射的介质，外漏更是不能允许的，因而阀门必须具有可靠的密封性能。如何解决密封问题不成轻忽，阀门跑、冒、滴、漏现象，尽年夜部门发生这里。下面我们将计议阀门动密封、静密封问题。
1、动密封 阀门动密封，主指阀杆密封。不让阀内介质随阀杆运动而泄漏，是阀门动密封中心课题。
1)填料函形式 阀门动密封，以填料函为主。填料函基本形式是：
) @% w# G0 v4 ]6 y# y' e2 ](1)压盖式 这是用最多形式。 统一形式又能许多细节区分。例如，从压紧螺栓来说，可分T形螺栓(用于压力≤16千克/平方厘米低压阀门)、双头螺栓和活节螺栓等。从压盖来说，可分整体式和组合式。
2 O. t8 X( \$ A6 \2 t6 V, I(2)压紧螺母式
" _4 }( Y" W% H0 O这类形式，外形尺寸小，但压紧力受限制，只使用于小阀门。 2)填料 填料函内，以填料与阀杆直接接触并布满填料函，阻止介质外漏。对填料有以下要求：
(1)密封性好；
4 u- r. R/ q) G  s7 _$ [, g" j3 B(2)耐侵蚀；
% S4 [3 h9 H* R) ](3)磨擦系数小；
(4)顺应介质温度和压力。
经常使用填料有：
( I# S9 I* ~5 q* Z' H3 Y7 v( a(1)石棉盘根：石棉盘根，耐温文耐侵蚀性能都很好，但零丁使用时，密封效果欠安，总是浸渍或附加其他材料。油浸石棉盘根：它基本结构形式有两种，一种是扭制，另外一种是编结。又可分圆形和方形。
(2)聚四氟乙烯编织盘根：将聚四氟乙烯细带编织为盘根，有极好耐侵蚀性能，又可用于深冷介质。
(3)橡胶O形圈：低压状态下，密封效果优秀。使用温度受限制，如自然橡胶只能用于60℃。
(4)塑料成型填料：一般做成三件式，也可做成其他外形。所用塑料以聚四氟乙烯为多。
此外，例如，250℃蒸气阀门中，用石棉盘根和铅圈交替迭合，漏汽情况就会减轻；有阀门，介质经常变换，如以石棉盘根和聚四氟乙烯生料带配合使用，密封效果便好些。为减轻对阀杆磨擦，有场所，可以加二硫化钼(M0S2)或其他润滑剂。 对新颖填料，正进行着索求。例如用聚丙烯腈纤维经聚四氟乙烯乳液浸渍，又经预氧化后，模具中烧结压制，可以到密封性能优良成型填料；又如用不锈钢薄片与石棉制成波形填料，可耐高温、高压与侵蚀。波纹管密封化学工业和原子能工业迅速成长，易燃、易爆、剧毒和带放射性物资增多，对阀门密封有了更严酷要求，有场所已没法使用填料密封，发生了新密封形式－波纹管密封。这类密封不需填料，也叫无填料密封。 波纹管两头，与别零件焊死。当阀杆升降时，波纹管伸缩，波纹管自己不漏，介质便没法泄出。为保险起见，往往采用波纹管与填料两重密封。
% B6 I9 a; M) W) }+ T. _2、静密封
' m8 r8 D1 J: D2 x8 }- ]什么是静密封叫呢? 静密封通常是指两个静止面之间的密封。密封办法主要是使用垫圈。
1)垫圈材料
(1)非金属材料：如纸、麻、牛皮、石棉制品、塑料、橡胶等。纸、麻、牛皮之类，有毛细孔，易渗透，使用时须浸渍油、蜡或其他防渗透材料。一般阀门很少采用。 石棉制品，又有石棉带、绳、板和石棉橡胶板等。其中石棉橡胶板结构致密，耐压性能好，耐温性能也很好，阀门自己和阀门与管子法兰毗连中，使用极为普遍。 塑料制品，有很好耐侵蚀性能，使用也较普遍。品种有聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙66、尼龙1010等。 橡胶制品，质柔软，各类橡胶划分有一定耐酸、耐碱、耐油、耐海水能力。品种有自然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、异丁橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶等。 (2)金属材料：一般说，金属材料强度高，耐温性能强。但铅其实不这样，仅取它耐稀硫酸特征。经常使用品种有黄铜、紫铜、铝、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金、银、镍等。
7 r" b/ ]  h9 I  \(3)复合材料：例如金属包皮(内部石棉)垫圈、组合波形垫圈、环绕纠缠垫圈等。
# _* Y9 g( N( l' x& L& J2)经常使用垫圈性能使用阀门时，往往具体情况，更换原带垫圈。常有垫圈有：橡胶平垫圈、橡胶O形圈、塑料平垫圈、聚四氟乙烯包垫圈、石棉橡胶垫圈、金属平垫圈、金属异形垫圈、金属包皮垫圈、波形垫圈、环绕纠缠垫圈等。
3 G' y) R' r6 s: i7 u(1)橡胶平垫圈：变形容易，压紧时不艰苦，但耐压、耐温能力都较差，只用于压力低、温度不高方。自然橡胶有一定耐酸碱性能，使用温度不宜跨越60℃；氯丁橡胶也能耐某些酸碱，使用温度80℃；丁腈橡胶耐油，可用至80℃；氟橡胶耐侵蚀性能很好，耐温性能也比一般橡胶强，可150℃介质中使用。
(2)橡胶O形垫圈：断面外形是正圆，有一定自紧作用，密封效果比平垫圈好，压紧力更小。
(3)塑料平垫圈：塑料最年夜特点是耐侵蚀性好,年夜部门塑料耐温性能欠好。聚四氟乙烯为塑料之冠，耐侵蚀性能优良，耐温范围比力宽阔，可-180℃～+200℃之内持久使用。
4 e+ b2 ^7 ?: u- e8 C7 ]' x(4)聚四氟乙烯包垫圈：充实阐扬聚四氟乙烯优点，同时弥补它弹性较差错误谬误，做成聚四氟乙烯包裹橡胶或石棉橡胶垫圈。这样，既同聚四氟乙烯平垫圈一样耐侵蚀，又有优秀弹性，增强密封效果，减小压紧力。
( [+ D6 \' Y, L3 l2 ^(5)石棉橡胶垫圈：由石棉橡胶板剪成。它组分是60～80%石棉和10～20%橡胶，和填充剂、硫化剂等。它有很好耐热性、耐冷性、化学稳定性，货源丰硕，价格廉价。使用时，压紧力没必要很年夜。它能粘附金属，最好概况涂一层石墨粉，以免拆卸时费劲。
(6)金属平热圈：铅，耐温100℃；铝430℃；铜315℃；低碳钢550℃；银650℃；镍810℃；蒙乃尔(镍铜)合金810℃，不锈钢870℃。其中铅耐压能力较差，铝可耐64千克/平方厘米，其他材料可耐高压。
(7)金属异性垫圈： 透镜垫圈：有自紧作用，使用于高压阀门。 椭圆形垫圈：也属于高压自紧垫圈。 锥面双垫圈：用于高压内自慎密封。此外，还有方形、菱形、三角形、齿形、燕尾形、B形、C形等，一般只高中压阀门中使用。
- j/ L7 a# M, y. r2 B(8)金属包皮垫圈：金属既有优秀耐温耐压性能，又有优秀弹性。包皮材料有铝、铜、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金等。里面填充材料有石棉、聚四氟乙烯、玻璃纤维等。
(9)波形垫圈：具有压紧力小，密封效果好特点。常采用金属与非金属组合形式。
(10)环绕纠缠垫圈：是把很薄金属带和非金属带紧贴一起，环绕纠缠成多层圆形，断面呈海浪状，有很好弹性和密封性。金属带可用08钢、0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、铜、铝、钛、蒙乃尔合金等建造。非金属带材料有石棉、聚四氟乙烯等。
! u+ _7 p) s, d) ?0 ^- [. e以上，讲述密封垫圈性能时，列举了一些数字。必需说明，这些数字跟法兰形式、介质情况和安装修理技术等有紧密亲密关系，可以跨越，达不到，耐压和耐温性能，也是相互转化，例如温度高了，耐压能力往往下降，这些细微问题，只能实践中体味。
' k# j; B' K1 k, U9 K四、阀门密封材料
6 P) f6 p( A. j3 l6 j# A4 o' B阀门密封材料是阀门密封的重要组成部分，它担任阀门密封直接接触的面。那阀门密封材料都有哪些呢，我们知道阀门密封圈材料有金属和非金属两大类。 阀门密封材料是阀门密封的重要组成部分，它担任阀门密封直接接触的面。那阀门密封材料都有哪些呢，我们知道阀门密封圈材料有金属和非金属两大类。下面就简单介绍一下各类密封材料的使用条件，以及常用的阀门类型。
1、合成橡胶 合成橡胶的耐油、耐温、耐腐蚀等综合性能优于天然橡胶。一般合成橡胶的使用温度t≤150℃，天然橡胶t≤60℃，橡胶用于公称压力PN≤1MPa的截止阀、闸阀、隔膜阀、蝶阀、止回阀、夹管阀等阀门的密封。
1 G: |2 b* D8 Y2、尼龙 尼龙具有摩擦系数小、耐腐蚀性好等特点。尼龙多用于温度t≤90℃、公称压力PN≤32MPa的球阀、截止阀等。
3、聚四氟乙烯 聚四氟乙烯多用于温度t≤232℃、公称压力PN≤6.4MPa的截止阀、闸阀、球阀等。
/ M1 R2 a8 ^6 s4、铸铁 铸铁用于温度t≤100℃、公称压力PN≤1.6MPa、煤气和油类用的闸阀、截止阀、旋塞阀等。
5、巴氏合金 巴氏合金用于温度t-70~150℃、公称压力PN≤2.5MPa的氨用截止阀。
, `" a: L6 c" n% [# I* j5 ?  R- y6、铜合金 铜合金常用材料有6-6-3锡青铜和58-2-2锰黄铜等。铜合金耐磨性好，适用于温度t≤200℃、公称压力PN≤1.6MPa的水和蒸汽中，常用于闸阀、截止阀、止回阀、旋塞阀等。
7、铬不锈钢 铬不锈钢常用牌号有2Cr13、3Cr13经调质处理，耐腐蚀性能好。常用于温度t≤450℃、公称压力PN≤32MPa的水、蒸汽和石油等介质的阀门上。
8、铬镍钛不锈钢 铬镍钛不锈钢常用牌号为1Cr18Ni9ti，其耐腐性、耐冲蚀性和耐热性能较好。适用于温度t≤600℃、公称压力PN≤6.4MPa的蒸汽、硝酸等介质中，用于截止阀、球阀等。
: n2 y( @1 D9 j$ \: C) k9、渗氮钢渗氮钢常用牌号是38CrMoAlA，经渗碳处理，具有良好的耐腐蚀性和抗擦伤性。常用于温度t≤540℃、公称压力PN≤10MPa的电站闸阀。
' A. Z# y8 S- S" J# Y5 T6 p10、渗硼 渗硼由阀体或阀瓣本体材料直接加工出密封面，再进行渗硼表面处理，密封面耐磨性能很好。用于电站排污阀。