作爲截止閥原理的一部分,截止閥的密封原理可能深入了解的人不多,根據截止閥密封副的材料不同,截止閥可使用金属密封和非金属密封。使用金属密封及非金属陶瓷密封时,不但需要密封比压高,而且需要四周均匀,以达到所需的密封性。根据以上要求,密封副的结构设计有多种,其密封原理及密封力的计算也不尽相同。
(1) 截止閥原理之平面密封
平面密封的优点是接触面密合时无摩擦,因此对关闭件的导向要求并不重要,对密封面材料抗擦伤的要求也不严格。同时,由于管道应力而使密封面圆度受变形时,也不会影响密封面的密封性能。缺点是介质中的固体颗粒和沉淀物易损伤密封面。其密封原理是当介质从阀瓣下方流人时,所施加的密封力必须等于或大于密封面上所产生的必须比压和介质向上的作用力之和,见式1 ~式3。
式1: FMZ≥FMF-FMJ
式2: FMF=π(DMN+bM)bMqMF
式3: FMJ=π/4(DMN+bM)2p
式中 FMZ——施加于密封面上的總作用力;
FMF——密封面上的密封力;
FMJ——密封面上的介質作用力;
DMN——密封面內徑;
bM——密封面寬度;
qMF
p——計算壓力,通常取公稱壓力。
當介質從閥瓣上方流人時,所施加的密封力就等于或大于密封面上所産生的必須比壓力和介質的作用力之差,如圖1所示和式4:
式4: FMZ≥FMF+FMJ
(2) 截止閥原理之锥面密封
把密封面做成锥形,使接触面变窄。这种密封在一定的密封力作用下,其密封比压大大增加,密易达到密封。在保证密封的前提下,和平面密封相比,所施加的密封力较小。由于狭窄的密封面不易使阀瓣正确地落在阀座上,为了达到最好的密封性能,必须对阀瓣进行导向。阀瓣进行导向后,就可达到较好的密封性能。阀瓣在阀体中导向时,阀瓣所受到流动介质的侧向推力由阀体承受,而不是由阀杆来承受,这就进一步增强了密封性能和填料密封的可靠性。另一方面,锥形密封是在摩擦的情况下配合,所以密封材料必须能耐擦伤。锥面密封和平面密封相比,受固体颗粒和介质沉淀物的损伤相对少一些,但也不宜在含有固体颗粒和介质沉淀物的介质中使用。这样的密封主要用于没有颗粒的介质中。其密封原理是当介质从阀瓣下方流人时,所施加的密封力必须等于或略大于密封面上所产生的必须比压力和介质向上的作用力之和,如图2所示和见式5 ~式7。
式5: FMZ≥FMF-FMJ
式6: FMF=π/4(D2MW-D2MN)(1+fM/tanα)qMF
式7: FMJ=π/4(DMN+bMsinα)2p
式中 FMZ——施加于密封面上的總作用力;
FMF——密封面上的密封力;
FMJ——密封面上的介質作用力;
DMW——密封面外徑;
DMN——密封面內徑;
fM——密封面摩擦系數;
α——密封面錐半角;
qMF——密封面必須比壓;
bM——密封面苋度;
p——計算壓力,通常取公稱壓力。
當介質從閥瓣上方流人時,所施加的密封力就等于或大于密封面上所産生的必須比壓力和介質的作用力之差,如圖2所示和見式8。
式8: FMZ≥FMF-FMJ
爲了改善錐形密封的強度而又不至犧牲其密封應力,把密封面錐半角做成15°,這就提供了較寬的密封面,使閥瓣能更容易地與閥座密封。爲了達到較高的密封應力,閥座密封面開始與閥瓣接觸部分較窄,約3mm,其余留有的錐度部分可稍長些。當密封負荷增大時,閥瓣滑人閥座的程度加深,因而增加了密封面寬度。這種密封面的設計不像窄密封面那樣容易受沖蝕損壞。此外,由于錐形面較長,使閥門的節流特性得到改善。
(3)截止閥原理之球面密封
如图3所示,把阀瓣做成球形,阀座做成锥形。阀瓣的球体在阀杆的孔内能自由转动。因此阀瓣能在阀座上作一定范围的转动而进行调整。由于两密封面的接触几乎成一线,即线密封,故密封应力很高,容易密封。又由于阀瓣球体可使用硬质合金或陶瓷材料,硬度可达到40~60HRC,而且能耐很高的温度。因此可以作高温截止閥用。缺点是密封面线形接触容易受冲蚀而损坏。所以阀座应选择耐冲蚀的材料。球面密封的截止閥可适用于介质中带有微小固体颗粒的气体或液体。其密封原理是当介质从阀瓣下方流人时,所施加的密封力必须等于或略大于密封面上所产生的必须比压力和介质向上的作用力之和。如图3所示和见式9 ~式11。
式9: FMZ≥FMF-FMJ
式10: FMF=πDMNqMF
式11: FMJ=π/4*D2MNp
式中 FMZ——施加于密封面上的總作用力;
FMF——密封面上的密封力;
FMJ——密封面上的介質作用力;
DMN——密封面內徑;
qMF——密封面必須比壓;
p——計算壓力,通常取公稱壓力。
當介質從閥瓣上方流人時,所施加的密封力必須等于或略大于密封面上所産生的必須比壓力和介質向下的作用力之差。如圖3所示和見式12。
式12: FMZ≥FMF+FMJ
(3) 径向密封
径向密封是指柱塞式截止閥的密封,其密封原理是,在柱塞阀中,其阀瓣和阀座是按柱塞的原理设计的。把阀瓣设计成柱塞,阀座设计成套环,套环的材料可以使用柔性石墨或聚四氟乙烯,阀座由上套环、隔离环和下套环组成,用阀盖压紧。靠柱塞和套环之间的紧密配合来实现密封。