影響密封性能的因素很多,主要有以下幾種:
①密封面的質量
當密封面上的比壓在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。剛性結構的密封面其空氣的滲漏量與表面粗糙度的關系如圖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,並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,但到目前爲止還沒有關于這方面的數據。
②密封面的寬度
密封面的寬度決定于毛細孔的長度,當寬度加大時,介質沿毛細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。密封面寬度加大後,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。因爲密封面變寬後,加工的平整度不如窄密封面,密封面不平度可能增加,又因爲啓閉件的變形,使在整個密封面的寬度上不能完全一致地保證密封性。
③閥前和閥後的壓力差
雖然閥前、閥後的壓力差和泄漏量成正比關系。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系可以近似地以下式表示:
qv=M(N△P2+S△p)
式中M、N、S ——系数。与材料、密封面加工质量、密封面上的比压值和其他条件有关的固定值。
④密封面的材料及其狀態
密封面的材料及其狀態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,使表面間的間隙成爲毛細孔形狀,阻止介質通過。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。
與密封面有關的表面處理狀態:如波峰的變形,間隙尺寸和幾何形狀的變化及其他現象都發生在金屬表層上。衆所周知,表層金屬的性能與基體金屬材料的性能有明顯區別。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,同一個試樣在經過兩種不同規範加工之後各進行試驗。雖然表面粗糙度相同,也可能得出不同的試驗結果。
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,這種情況就更爲突出。當比壓高于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介質性質
液体介质对泄漏量的影响基本上取决于粘度。在一个閥門中,在各种条件相同的情况下,粘度大的介质比粘度小的介质渗漏量要小得多,气体介质和液体介质相比差别更为明显。气体比液体渗漏更为明显,但是饱和蒸汽除外,饱和蒸汽反而容易保证密封。这是因为当饱和蒸汽通过毛细孔时,落在毛细孔内的液滴堵塞了毛细孔,并阻碍了气体的通过。
⑥密封面親水性
密封表面親水性影響泄漏量是因爲毛細孔特性的作用。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,在一些最關鍵的場合,密封性能是采用煤油來進行試驗的。一般認爲,采用腔體內灌煤油的方法進行密封性試驗,大致上相當于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,才能使介質通過毛細孔。另外,密封面上有稠密封油膜能堵塞介質通過的毛細孔,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显著地改善其密封性能,并提高使用寿命,在采用密封脂密封时应注意,当使用中密封脂减少时,应及时注脂,恢复油膜厚度。
閥門中采用的油脂不允许溶于介质,应保证在50℃时不熔化,也不应该硬化或有其他的化学变化。
⑧閥門和启闭件的刚性和结构
閥門和启闭件的刚性和结构的影响是由于零件的弹性作用所致。由于闭路阀的启闭件不是绝对的刚性,而是具有一定的弹性,在介质压力作用下,尺寸是会变化的,这也就引起密封面间的力相互作用的变化。
爲補償這些變化對啓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用。
現在來研究零件的剛性對截止閥工作的影响,假如截止閥具有绝对刚性,閥門在介质进入前关闭,只要在阀杆上加密封力MF就足以保证截止閥密封。当介质从阀瓣下方进入阀体时,该密封力就等于密封力加介质作用力,即FMF+FMJ才能保证截止閥的密封状态。
图2说明了在压力p增高时通过截止閥的渗漏量qv的变化曲线,曲线反映出截止閥零件结构刚度对渗漏量的影响。
当截止閥内零件有弹性时,情况就不同了,作用FMF+FMJ就不能保證密封性,這時,作用力應等于F=FMF+FMJ-FMT,因爲作用在閥瓣上的介質壓力FMJ由于阀杆变形而卸载,因此影响了密封。现在所研究的是最简单的基本原理,实际上,零件的弹性特点,对閥門工作的影响要复杂的多。
温度对密封性有很大的影响,随着温度的升高,介质粘度减小,零件的线性尺寸会发生变化。零件变形会使经研磨的密封面的密封性受到破坏,研究表明,对盘形平面的一处局部加热至60℃便发生了畸变,产生不平。因此,对在重要场合下的閥門(如安全阀),其密封面的研磨工序在工作温度下进行是合理的。在温度变形的情况下研磨密封面,就能保证在工况条件下的密封性。
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