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| 閥門密封的材質(zhì)選型關(guān)系到閥門的壽命 發(fā)布時間：17-08-31 |
閥門密封的材質(zhì)選型關(guān)系到閥門的壽命
01 液體的密封性 液體的密封性是通過液體的粘度和表面張力來進(jìn)行。當(dāng)閥門泄漏的毛細(xì)管充滿氣體的時候，表面張力可能對液體進(jìn)行排斥，或者將液體引進(jìn)毛細(xì)管內(nèi)。這樣就形成了相切角。當(dāng)相切角小于90°的時候，液體就會被注入毛細(xì)管內(nèi)，這樣就會發(fā)生泄漏。發(fā)生泄漏的原因在于介質(zhì)的不同性質(zhì)。用不同介質(zhì)做試驗，在條件相同的情況下，會得出不同的結(jié)果。可以用水，用空氣或用煤油等。而當(dāng)相切角大于90°時，也會發(fā)生泄漏。因為與金屬表面上的油脂或蠟質(zhì)薄膜有關(guān)系。一旦這些表面的薄膜被溶解掉，金屬表面的特性就發(fā)生了變化，原來被排斥的液體，就會侵濕表面，發(fā)生泄漏。針對上述情況，根據(jù)泊松公式，可以在減少毛細(xì)管直徑和介質(zhì)粘度較大的情況下，來實現(xiàn)防止泄漏或減少泄漏量的目的。 2 氣體的密封性 根據(jù)泊松公式，氣體的密封性與氣體分子和氣體的粘性有關(guān)。泄漏與毛細(xì)管的長度和氣體的粘度成反比，與毛細(xì)管的直徑和驅(qū)動力成正比。當(dāng)毛細(xì)管的直徑和氣體分子的平均自由度相同時，氣體分子就會以自由的熱運動流進(jìn)毛細(xì)管。因此，當(dāng)我們在做閥門密封試驗的時候，介質(zhì)一定要用水才能起到密封的作用，用空氣即氣體就不能起到密封的作用。即使我們通過塑性變形方式，將毛細(xì)管直徑降到氣體分子以下，也仍然不能阻止氣體的流動。原因在于氣體仍然可以通過金屬壁擴(kuò)散。所以我們在做氣體試驗時，一定要比液體試驗更加的嚴(yán)格。 3 泄漏通道的密封原理 閥門密封由散布在波形面上的不平整度和波峰間距離的波紋度構(gòu)成粗糙度兩個部分組成。在我國大部分的金屬材料彈性應(yīng)變力都較低的情況下，如果要達(dá)到密封的狀態(tài)，就需要對金屬材料的壓縮力提更高的要求，即材料的壓縮力要超過其彈性。因此，在進(jìn)行閥門設(shè)計時，密封副結(jié)合一定的硬度差來匹配，在壓力的作用下，就會產(chǎn)生一定程度的塑性變形密封的效果。如果密封表面都是金屬材料，那么表面不平整的凸出點就會最早的出現(xiàn)，在最初只需用較小的載荷就可以使這些不平整的凸出點產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)接觸面增大時，表面的不平整就會變成塑性-彈性變形。這時處在凹處的兩面粗糙度就會存在。需要施加能使底層材料產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形的載荷時，并且使得兩表面接觸緊密，沿著連續(xù)線和環(huán)向方向才能使這些尚存的通徑密合。 4 閥門密封副 閥門密封副是閥座和關(guān)閉件在互相接觸時進(jìn)行關(guān)閉的那一部分。金屬密封面在使用過程中，容易受到夾入介質(zhì)，介質(zhì)腐蝕，磨損顆粒，氣蝕和沖刷的損害的。比如磨損顆粒。如果磨損顆粒比表面的不平整度小，在密封面磨合時，其表面精度就會得到改善，而不會變壞。相反，則會使表面精度變壞。因此在選擇磨損顆粒時，要綜合考慮其材料，工況，潤滑性和對密封面的腐蝕情況等因素。如同磨損顆粒一樣，我們在選擇密封件時，要綜合考慮影響其性能的各種因素，才能起到防泄漏的功能。因此，必須選擇那些抗腐蝕，抗擦傷和耐沖刷的材料。否則，缺少任何一項要求，就會使其密封性能**降低。 2 影響閥門密封的主要因素 影響閥門密封的因素很多，主要有以下幾種： 1密封副結(jié)構(gòu) 在溫度或密封力作用的變化下，密封副的結(jié)構(gòu)就會發(fā)生變化。而且這種變化會影響和改變密封副相互之間的作用力，從而使閥門密封的性能減小。因此，在選擇密封件時，一定要選擇具有彈性變形的密封件。同時，也要注意密封面的寬度。原因在于密封副的接觸面不能完全吻合，當(dāng)密封面寬度增加，就要加大密封所需要的作用力。 2密封面比壓 密封面的比壓大小影響著閥門密封性能大小和閥門的使用壽命。因此，密封面比壓也是非常重要的一個因素。在相同的條件下，比壓太大會引起閥門的損壞，但比壓太小酒會造成閥門泄漏。因此，需要我們在設(shè)計時要充分考慮到比壓的合適度。 3介質(zhì)的物理性質(zhì) 介質(zhì)的物理性質(zhì)也影響到閥門密封性能。這些物理性質(zhì)包括溫度，粘度和表面的親水性等。溫度變化不僅影響著密封副的松弛度和零件尺寸的改變，還與氣體的粘度有著密不可分的關(guān)系。氣體粘度隨著溫度的升高或降低而增大或減小。因此，為了減少溫度對閥門密封性能的影響程度，我們在進(jìn)行密封副設(shè)計時，要把其設(shè)計成彈性閥座等具有熱補償性的閥門。粘度與流體的滲透能力有關(guān)。當(dāng)在相同條件下時，粘度越大，流體的滲透能力就越小。表面的親水性是指在金屬表面有一層薄膜時，要去掉這層薄膜。因為這層很薄的油膜，會破壞表面的親水性，導(dǎo)致堵塞流體的通道。 4 密封副的質(zhì)量 密封副質(zhì)量主要是指我們要對材料的選擇，匹配，制造精度上進(jìn)行把關(guān)。比如，閥瓣與閥座密封面很吻合，能提高密封性。環(huán)向波紋度多的特點，是其迷宮密封性能好。 閥門泄露在生活、生產(chǎn)中十分普遍，輕則會造成浪費，或給生活帶來危險，如自來水閥門泄露，重則導(dǎo)致嚴(yán)重后果的發(fā)生，如化工行業(yè)的有毒、有害、易燃、易爆及腐蝕性介性質(zhì)的泄漏等，嚴(yán)重的威脅人身安全、財產(chǎn)安全和環(huán)境污染的事故。一臺依靠外力旋轉(zhuǎn)傳動開及關(guān)閉的閥門都設(shè)計有一個密封裝置既用在填料涵中裝上一定數(shù)量的填料密封圈，以至達(dá)到密封效果，但密封情況有如何呢？閥門的填料處泄漏是閥門中最容易出現(xiàn)泄漏故障的部位其一，但究其原因大致有二個方面的原因。 三、閥門密封形式 密封件在閥門中也是十分關(guān)鍵的部件。閥門的密封性能是指閥門各密封部位阻止介質(zhì)泄漏的能力，它是閥門最重要的技術(shù)性能指標(biāo)。 閥門的密封部位有三處： 啟閉件與閥座兩密封面間的接觸處; 填料與閥桿和填料函的配合處; 閥體與閥蓋的連接處。 其中前一處的泄漏叫做內(nèi)漏，也就是通常所說的關(guān)不嚴(yán)，它將影響閥門截斷介質(zhì)的能力。對于截斷閥類來說，內(nèi)漏是不允許的。后兩處的泄漏叫做外漏，即介質(zhì)從閥內(nèi)泄漏到閥外。 外漏會造成物料損失，污染環(huán)境，嚴(yán)重時還會造成事故。對于易燃易爆 、有毒或有放射的介質(zhì)，外漏更是不能允許的，因而閥門必須具有可靠的密封性能。 如何解決密封問題不成輕忽，閥門跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，盡年夜部門發(fā)生這里。下面我們將計議閥門動密封、靜密封問題。 1 動密封 閥門動密封，主指閥桿密封。不讓閥內(nèi)介質(zhì)隨閥桿運動而泄漏，是閥門動密封中心課題。 1、填料函形式。閥門動密封，以填料函為主。 填料函基本形式是： (1)壓蓋式：這是用最多形式。統(tǒng)一形式又能許多細(xì)節(jié)區(qū)分。例如，從壓緊螺栓來說，可分T形螺栓(用于壓力≤16千克/平方厘米低壓閥門)、雙頭螺栓和活節(jié)螺栓等。從壓蓋來說，可分整體式和組合式。 (2)壓緊螺母：這類形式，外形尺寸小，但壓緊力受限制，只使用于小閥門。 2、填料。填料函內(nèi)，以填料與閥桿直接接觸并布滿填料函，阻止介質(zhì)外漏。對填料有以下要求： (1)密封性好； (2)耐侵蝕； (3)磨擦系數(shù)小； (4)順應(yīng)介質(zhì)溫度和壓力。 經(jīng)常使用填料有： (1)石棉盤根：石棉盤根，耐溫文耐侵蝕性能都很好，但零丁使用時，密封效果欠安，總是浸漬或附加其他材料。油浸石棉盤根：它基本結(jié)構(gòu)形式有兩種，一種是扭制，另外一種是編結(jié)。又可分圓形和方形。 (2)聚四氟乙烯編織盤根：將聚四氟乙烯細(xì)帶編織為盤根，有極好耐侵蝕性能，又可用于深冷介質(zhì)。 (3)橡膠O形圈：低壓狀態(tài)下，密封效果優(yōu)秀。使用溫度受限制，如自然橡膠只能用于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為多。 此外，例如，250℃蒸氣閥門中，用石棉盤根和鉛圈交替迭合，漏汽情況就會減輕；有閥門，介質(zhì)經(jīng)常變換，如以石棉盤根和聚四氟乙烯生料帶配合使用，密封效果便好些。為減輕對閥桿磨擦，有場所，可以加二硫化鉬(M0S2)或其他潤滑劑。 對新穎填料，正進(jìn)行著索求。例如用聚丙烯腈纖維經(jīng)聚四氟乙烯乳液浸漬，又經(jīng)預(yù)氧化后，模具中燒結(jié)壓制，可以到密封性能優(yōu)良成型填料；又如用不銹鋼薄片與石棉制成波形填料，可耐高溫、高壓與侵蝕。 3、波紋管密封 化學(xué)工業(yè)和原子能工業(yè)迅速成長，易燃、易爆、劇毒和帶放射性物資增多，對閥門密封有了更嚴(yán)酷要求，有場所已沒法使用填料密封，發(fā)生了新密封形式－波紋管密封。這類密封不需填料，也叫無填料密封。 波紋管兩頭，與別零件焊死。當(dāng)閥桿升降時，波紋管伸縮，波紋管自己不漏，介質(zhì)便沒法泄出。為保險起見，往往采用波紋管與填料兩重密封。 2 靜密封 什么是靜密封叫呢? 靜密封通常是指兩個靜止面之間的密封。密封辦法主要是使用墊圈。 1、墊圈材料 (1)非金屬材料：如紙、麻、牛皮、石棉制品、塑料、橡膠等。 紙、麻、牛皮之類，有毛細(xì)孔，易滲透，使用時須浸漬油、蠟或其他防滲透材料。一般閥門很少采用。 石棉制品，又有石棉帶、繩、板和石棉橡膠板等。其中石棉橡膠板結(jié)構(gòu)致密，耐壓性能好，耐溫性能也很好，閥門自己和閥門與管子法蘭毗連中，使用極為普遍。 塑料制品，有很好耐侵蝕性能，使用也較普遍。品種有聚乙烯、聚丙烯、軟聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龍66、尼龍1010等。 橡膠制品，質(zhì)柔軟，各類橡膠劃分有一定耐酸、耐堿、耐油、耐海水能力。品種有自然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、異丁橡膠、聚氨酯橡膠、氟橡膠等。 (2)金屬材料：一般說，金屬材料強度高，耐溫性能強。但鉛其實不這樣，僅取它耐稀硫酸特征。經(jīng)常使用品種有黃銅、紫銅、鋁、低碳鋼、不銹鋼、蒙乃爾合金、銀、鎳等。 (3)復(fù)合材料：例如金屬包皮(內(nèi)部石棉)墊圈、組合波形墊圈、環(huán)繞糾纏墊圈等。 2、經(jīng)常使用墊圈性能 使用閥門時，往往具體情況，更換原帶墊圈。常有墊圈有：橡膠平墊圈、橡膠O形圈、塑料平墊圈、聚四氟乙烯包墊圈、石棉橡膠墊圈、金屬平墊圈、金屬異形墊圈、金屬包皮墊圈、波形墊圈、環(huán)繞糾纏墊圈等。 (1)橡膠平墊圈：變形容易，壓緊時不艱苦，但耐壓、耐溫能力都較差，只用于壓力低、溫度不高方。自然橡膠有一定耐酸堿性能，使用溫度不宜跨越60℃；氯丁橡膠也能耐某些酸堿，使用溫度80℃；丁腈橡膠耐油，可用至80℃；氟橡膠耐侵蝕性能很好，耐溫性能也比一般橡膠強，可150℃介質(zhì)中使用。 (2)橡膠O形墊圈：斷面外形是正圓，有一定自緊作用，密封效果比平墊圈好，壓緊力更小。 (3)塑料平墊圈：塑料最年夜特點是耐侵蝕性好,年夜部門塑料耐溫性能欠好。聚四氟乙烯為塑料之冠，耐侵蝕性能優(yōu)良，耐溫范圍比力寬闊，可-180℃～+200℃之內(nèi)持久使用。 (4)聚四氟乙烯包墊圈：充實闡揚聚四氟乙烯優(yōu)點，同時彌補它彈性較差錯誤謬誤，做成聚四氟乙烯包裹橡膠或石棉橡膠墊圈。這樣，既同聚四氟乙烯平墊圈一樣耐侵蝕，又有優(yōu)秀彈性，增強密封效果，減小壓緊力。 (5)石棉橡膠墊圈：由石棉橡膠板剪成。它組分是60～80%石棉和10～20%橡膠，和填充劑、硫化劑等。它有很好耐熱性、耐冷性、化學(xué)穩(wěn)定性，貨源豐碩，價格廉價。使用時，壓緊力沒必要很年夜。它能粘附金屬，最好概況涂一層石墨粉，以免拆卸時費勁。 (6)金屬平熱圈：鉛，耐溫100℃；鋁430℃；銅315℃；低碳鋼550℃；銀650℃；鎳810℃；蒙乃爾(鎳銅)合金810℃，不銹鋼870℃。其中鉛耐壓能力較差，鋁可耐64千克/平方厘米，其他材料可耐高壓。 (7)金屬異性墊圈： 透鏡墊圈：有自緊作用，使用于高壓閥門。 橢圓形墊圈：也屬于高壓自緊墊圈。 錐面雙墊圈：用于高壓內(nèi)自慎密封。 此外，還有方形、菱形、三角形、齒形、燕尾形、B形、C形等，一般只高中壓閥門中使用。 (8)金屬包皮墊圈：金屬既有優(yōu)秀耐溫耐壓性能，又有優(yōu)秀彈性。包皮材料有鋁、銅、低碳鋼、不銹鋼、蒙乃爾合金等。里面填充材料有石棉、聚四氟乙烯、玻璃纖維等。 (9)波形墊圈：具有壓緊力小，密封效果好特點。常采用金屬與非金屬組合形式。 (10)環(huán)繞糾纏墊圈：是把很薄金屬帶和非金屬帶緊貼一起，環(huán)繞糾纏成多層圓形，斷面呈海浪狀，有很好彈性和密封性。金屬帶可用08鋼、0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、銅、鋁、鈦、蒙乃爾合金等建造。非金屬帶材料有石棉、聚四氟乙烯等。 以上，講述密封墊圈性能時，列舉了一些數(shù)字。必需說明，這些數(shù)字跟法蘭形式、介質(zhì)情況和安裝修理技術(shù)等有緊密親密關(guān)系，可以跨越，達(dá)不到，耐壓和耐溫性能，也是相互轉(zhuǎn)化，例如溫度高了，耐壓能力往往下降，這些細(xì)微問題，只能實踐中體味。
3 閥門密封材料
閥門密封材料是閥門密封的重要組成部分，它擔(dān)任閥門密封直接接觸的面。那閥門密封材料都有哪些呢，我們知道閥門密封圈材料有金屬和非金屬兩大類。
閥門密封材料是閥門密封的重要組成部分，它擔(dān)任閥門密封直接接觸的面。那閥門密封材料都有哪些呢，我們知道閥門密封圈材料有金屬和非金屬兩大類。下面就簡單介紹一下各類密封材料的使用條件，以及常用的閥門類型。
1、合成橡膠 合成橡膠的耐油、耐溫、耐腐蝕等綜合性能優(yōu)于天然橡膠。一般合成橡膠的使用溫度t≤150℃，天然橡膠t≤60℃，橡膠用于公稱壓力PN≤1MPa的截止閥、閘閥、隔膜閥、蝶閥、止回閥、夾管閥等閥門的密封。 2、尼龍 尼龍具有摩擦系數(shù)小、耐腐蝕性好等特點。尼龍多用于溫度t≤90℃、公稱壓力PN≤32MPa的球閥、截止閥等。 3、聚四氟乙烯 聚四氟乙烯多用于溫度t≤232℃、公稱壓力PN≤6.4MPa的截止閥、閘閥、球閥等。 4、鑄鐵 鑄鐵用于溫度t≤100℃、公稱壓力PN≤1.6MPa、煤氣和油類用的閘閥、截止閥、旋塞閥等。 5、巴氏合金 巴氏合金用于溫度t-70~150℃、公稱壓力PN≤2.5MPa的氨用截止閥。 6、銅合金 銅合金常用材料有6-6-3錫青銅和58-2-2錳黃銅等。銅合金耐磨性好，適用于溫度t≤200℃、公稱壓力PN≤1.6MPa的水和蒸汽中，常用于閘閥、截止閥、止回閥、旋塞閥等。 7、鉻不銹鋼 鉻不銹鋼常用牌號有2Cr13、3Cr13經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，耐腐蝕性能好。常用于溫度t≤450℃、公稱壓力PN≤32MPa的水、蒸汽和石油等介質(zhì)的閥門上。 8、鉻鎳鈦不銹鋼 鉻鎳鈦不銹鋼常用牌號為1Cr18Ni9ti，其耐腐性、耐沖蝕性和耐熱性能較好。適用于溫度t≤600℃、公稱壓力PN≤6.4MPa的蒸汽、硝酸等介質(zhì)中，用于截止閥、球閥等。 9、滲氮鋼 滲氮鋼常用牌號是38CrMoAlA，經(jīng)滲碳處理，具有良好的耐腐蝕性和抗擦傷性。常用于溫度t≤540℃、公稱壓力PN≤10MPa的電站閘閥。 10、滲硼 滲硼由閥體或閥瓣本體材料直接加工出密封面，再進(jìn)行滲硼表面處理，密封面耐磨性能很好。用于電站排污閥。 |
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