关于阀门密封技术的研究现状分析与展望

时间:2019-05-11 点击数:1193 发布人:本站

      阀门在现代生产和生活中的重要性是不言而喻的,文章介绍了阀门的分类和结构并对阀门密封技术的研究现状进行了分析,在此基础上进一步提出了阀门密封技术的研究展望,为后续的深入研究奠定了基础。

 

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      阀门是一种应用十分广泛的机械零件,在现代生产和生活中的作用越来越显著,无论是高端的科技领域还是日常的普通生活都离不开它。正是因为阀门应用的广泛性,使得阀门的种类非常多,结构也不尽相同,这样也给阀门的维护保养带来一定的问题。阀门的种类虽然繁多,但是基本的作用却是一致的,那就是连通或者截断介质流。因此,阀门的密封问题就显得十分突出。
 
      要保证阀门能够良好的截断介质流,不发生泄漏,就要保证阀门的密封完好。而造成阀门泄漏的原因很多,包括结构设计上的不合理、密封接触面有缺陷、紧固零件发生松动、阀体与阀盖间的配合不紧密等等,所有这些问题都可能导致阀门密封不好,从而产生泄漏问题。所以,阀门密封技术是关系到阀门性能和质量的一项重要技术,需要进行系统深入的研究。
 
阀门的分类和结构

      阀门的种类繁多,划分起来不是那么容易,既可以按照原理划分,也可以按照作用来划分,还可以按照结构来划分,甚至可以结合起来进行划分,不管哪种划分方法,都改变不了阀门的用途。目前国际上常用的分类方法是将阀门划分为这些种类,即闸阀、球阀、碟阀、截止阀、安全阀、减压阀、节流阀、旋塞阀、调节阀等。在这些阀门中,闸阀、球阀、碟阀、截止阀就属于截断阀的种类,主要用于连通或者截断介质流;而减压阀、节流阀、调节阀就属于调节阀的种类,主要用于调节介质流的流量、温度和压力等;而安全阀主要用于超压的安全保护。
 
      除了上述这些分类之外,还可以按照工作压力进行分类,此时可以分为真空阀、低压阀、中压阀、高压阀和超高压阀等;如果按照介质的工作温度进行分类,则可以划分为高温阀、中温阀、常温阀、低温阀和超低温阀;另外,如果按照阀体的材料进行分类的话,则可以划分为金属材料阀门、非金属材料阀门、金属阀体衬里阀门。
 
      阀门的种类虽然繁多,但是基本结构却差不多,大致上都可以由阀体、阀芯和阀座组成。这里以最常用的调节阀为例,分析阀门的结构组成。在调节阀的基本阀体结构中,可以有直通式、角型结构和Z型结构三种类型;而在基本阀芯结构中,则有抛物面结构、笼式结构和V型坡口三种类型;在基本阀座结构中,则有堆焊式阀座、旋入式阀座、焊接式阀座和嵌入式阀座四种类型。这些不同的基本结构组合在一起就构成了种类繁多的阀门结构。阀门的基本结构,见表1。
 

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阀门密封技术的研究现状

      阀门的种类虽然繁多,但是密封问题都是必不可少的,而且非常重要。阀门从产生到现在,其密封技术也经历了很大的发展。到目前为止,阀门密封技术主要体现在两大方面,即静密封和动密封。所谓静密封,通常是指两个静止面之间的密封,静密封的密封方法主要是使用垫圈。所谓动密封,主要是指阀杆的密封,即不让阀内的介质随阀杆运动而发生泄漏,动密封的密封方法主要是使用填料函。下面对这两种阀门密封技术分别加以详细分析。
 
静密封
 
      静密封是指在两个静止的截面之间形成密封,其密封方法主要是使用垫圈。垫圈的种类很多,经常使用的垫圈包括平垫圈、O形圈、包垫圈、异形垫圈、波形垫圈和缠绕垫圈等几大类,每种类型下面又可以根据使用材料的不同而进一步进行划分。
 
①平垫圈

      平垫圈就是平整的贴于两个静止截面之间的垫圈,一般根据使用的材料可以划分为塑料平垫圈、橡胶平垫圈、金属平垫圈和复合材料平垫圈,每种材料的平垫圈都有其适用的范围。

②O形圈

      O型圈是指断面形状呈O型的垫圈,由于其断面形状是O型,有一定的自紧作用,所以密封效果比平垫圈好。

③包垫圈

      包垫圈是指将某种材料包裹在另一种材料上的垫圈,这样的垫圈一般具有良好的弹性,可以增强密封效果。

④异型垫圈

      异型垫圈是指那些形状不规则的垫圈,包括椭圆形垫圈、菱形垫圈、齿轮型垫圈、燕尾型垫圈等,这些垫圈一般有自紧作用,大多在高中压阀门中使用。

⑤波形垫圈

      波形垫圈是只具有波浪形状的垫圈,这类垫圈通常是将金属材料和非金属材料组合起来构成,一般具有压紧力小,密封效果好的特点。

⑥缠绕垫圈

      缠绕垫圈是指把很薄的金属带和非金属带紧贴在一起、缠绕形成的垫圈,这类垫圈具有良好的弹性和密封性。
 
      垫圈的制作材料主要包括三大类,即金属材料、非金属材料和复合材料。一般来说,金属材料的强度高,耐温性能强,常用的金属材料有铜、铝、钢等。非金属材料的种类很多,包括塑料制品、橡胶制品、石棉制品、麻制品等,这些非金属材料的使用广泛,根据具体的需要来选用。复合材料的种类也很多,包括层合板、复合板等,也是根据具体需要选用,一般在波形垫圈和缠绕垫圈等上面使用的比较多。
 
动密封
 
      动密封是指不让阀内的介质流随阀杆运动而泄漏的密封,这是一个相对运动过程中的密封问题,其密封方法主要是采用填料函。填料函的基本形式有两种,即压盖式和压紧螺母式。压盖式是目前使用得最多的形式,一般从压盖的形式而言,可以分为组合式和整体式两种,每种形式虽有区别,但是基本上都包含有压紧用的螺栓。压紧螺母式一般用于较小的阀门,由于这种形式的尺寸较小,所以压紧力是受到限制的。
 
      在填料函内,由于填料是直接与阀杆接触的,所有要求填料的密封性好、摩擦系数小、能够适应介质的压力和温度、并且耐腐蚀。目前比较常用的填料包括橡胶O型圈、聚四氟乙烯编织盘根、石棉盘根和塑料成型填料等,每种填料都有其适应的条件和范围,根据具体的需要来选取。
 
阀门密封技术的展望

     随着科技的不断发展,对阀门的要求也越来越高,因此阀门密封技术也在不断发展,新的密封材料和技术也在不断出现。主要体现在以下几个方面:
 
①生料密封

      何谓生料?就是高分子有机化合物在烧结成制品之前的材料。生料具有质地柔软的特性,可以产生单分子膜效应。生料在使用时可以自由成形,并且只要一有压力,就会形成一个均匀的环形膜,这个环形膜起到了密封作用。生料使用起来十分方便,可以做成一定的形状,更换容易,密封效果良好。
 
②液体密封

      液体密封是指利用液态密封胶来实现阀门密封的一种密封技术,它一般用于静密封。在液体密封中,主要利用了液态密封胶的单分子膜效应,使其在适当压力下像垫圈一样地起作用。
 
③波纹管密封

      波纹管密封是指利用波纹管实现阀门密封的一种密封技术,它一般用于动密封。在波纹管密封中,波纹管的两端通常与别的零件固定在一起,因此当阀杆运动时,波纹管会产生伸缩,只要波纹管自身保持完好,介质就不会发生泄漏,从而就可以实现阀门的密封。这种阀门密封技术主要应用于化学工业和原子能工业上面,针对无法使用填料密封的场合。
 
      随着经济社会的进一步发展,阀门的应用要求也会越来越高,阀门密封技术也会突飞猛进,更多的新材料和新技术也会运用进来,关于这方面的研究也会越来越深入。

 

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