閥門密封原理之截止閥密封
作為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(jù)截止閥密封副的材料不同，截止閥可使用金屬密封和非金屬密封。使用金屬密封及非金屬陶瓷密封時(shí)，不但需要密封比壓高，而且需要四周均勻，以達(dá)到所需的密封性。根據(jù)以上要求，密封副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有多種，其密封原理及密封力的計(jì)算也不盡相同。
（1） 截止閥原理之平面密封
平面密封的優(yōu)點(diǎn)是接觸面密合時(shí)無摩擦，因此對關(guān)閉件的導(dǎo)向要求并不重要，對密封面材料抗擦傷的要求也不嚴(yán)格。同時(shí)，由于管道應(yīng)力而使密封面圓度受變 形時(shí)，也不會影響密封面的密封性能。缺點(diǎn)是介質(zhì)中的固體顆粒和沉淀物易損傷密封面。其密封原理是當(dāng)介質(zhì)從閥瓣下方流人時(shí)，所施加的密封力必須等于或大于密 封面上所產(chǎn)生的必須比壓和介質(zhì)向上的作用力之和，見式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(zhì)作用力；
DMN——密封面內(nèi)徑；
bM——密封面寬度；
qMF
p——計(jì)算壓力，通常取公稱壓力。
當(dāng)介質(zhì)從閥瓣上方流人時(shí)，所施加的密封力就等于或大于密封面上所產(chǎn)生的必須比壓力和介質(zhì)的作用力之差，如圖1所示和式4：
式4： FMZ≥FMF+FMJ
（2） 截止閥原理之錐面密封
把密封面做成錐形，使接觸面變窄。這種密封在一定的密封力作用下，其密封比壓大大增加，密易達(dá)到密封。在保證密封的前提下，和平面密封相比，所施加 的密封力較小。由于狹窄的密封面不易使閥瓣正確地落在閥座上，為了達(dá)到最好的密封性能，必須對閥瓣進(jìn)行導(dǎo)向。閥瓣進(jìn)行導(dǎo)向后，就可達(dá)到較好的密封性能。閥 瓣在閥體中導(dǎo)向時(shí)，閥瓣所受到流動介質(zhì)的側(cè)向推力由閥體承受，而不是由閥桿來承受，這就進(jìn)一步增強(qiáng)了密封性能和填料密封的可靠性。另一方面，錐形密封是在 摩擦的情況下配合，所以密封材料必須能耐擦傷。錐面密封和平面密封相比，受固體顆粒和介質(zhì)沉淀物的損傷相對少一些，但也不宜在含有固體顆粒和介質(zhì)沉淀物的 介質(zhì)中使用。這樣的密封主要用于沒有顆粒的介質(zhì)中。其密封原理是當(dāng)介質(zhì)從閥瓣下方流人時(shí)，所施加的密封力必須等于或略大于密封面上所產(chǎn)生的必須比壓力和介 質(zhì)向上的作用力之和，如圖2所示和見式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(zhì)作用力；
DMW——密封面外徑；
DMN——密封面內(nèi)徑；
fM——密封面摩擦系數(shù)；
α——密封面錐半角；
qMF——密封面必須比壓；
bM——密封面莧度；
p——計(jì)算壓力，通常取公稱壓力。
當(dāng)介質(zhì)從閥瓣上方流人時(shí)，所施加的密封力就等于或大于密封面上所產(chǎn)生的必須比壓力和介質(zhì)的作用力之差，如圖2所示和見式8。
式8： FMZ≥FMF-FMJ
為了改善錐形密封的強(qiáng)度而又不至犧牲其密封應(yīng)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。為了達(dá)到較高的 密封應(yīng)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(dāng)密封負(fù)荷增大時(shí)，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(shè)計(jì)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(jié)流特性得到改善。
（3）截止閥原理之球面密封
如圖3所示，把閥瓣做成球形，閥座做成錐形。閥瓣的球體在閥桿的孔內(nèi)能自由轉(zhuǎn)動。因此閥瓣能在閥座上作一定范圍的轉(zhuǎn)動而進(jìn)行調(diào)整。由于兩密封面的接 觸幾乎成一線，即線密封，故密封應(yīng)力很高，容易密封。又由于閥瓣球體可使用硬質(zhì)合金或陶瓷材料，硬度可達(dá)到40～60HRC，而且能耐很高的溫度。因此可 以作高溫截止閥用。缺點(diǎn)是密封面線形接觸容易受沖蝕而損壞。所以閥座應(yīng)選擇耐沖蝕的材料。球面密封的截止閥可適用于介質(zhì)中帶有微小固體顆粒的氣體或液體。 其密封原理是當(dāng)介質(zhì)從閥瓣下方流人時(shí)，所施加的密封力必須等于或略大于密封面上所產(chǎn)生的必須比壓力和介質(zhì)向上的作用力之和。如圖3所示和見式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(zhì)作用力；
DMN——密封面內(nèi)徑；
qMF——密封面必須比壓；
p——計(jì)算壓力，通常取公稱壓力。
當(dāng)介質(zhì)從閥瓣上方流人時(shí)，所施加的密封力必須等于或略大于密封面上所產(chǎn)生的必須比壓力和介質(zhì)向下的作用力之差。如圖3所示和見式12。
式12： FMZ≥FMF+FMJ
（3） 徑向密封
徑向密封是指柱塞式截止閥的密封，其密封原理是，在柱塞閥中，其閥瓣和閥座是按柱塞的原理設(shè)計(jì)的。把閥瓣設(shè)計(jì)成柱塞，閥座設(shè)計(jì)成套環(huán)，套環(huán)的材料可以使用柔性石墨或聚四氟乙烯，閥座由上套環(huán)、隔離環(huán)和下套環(huán)組成，用閥蓋壓緊。靠柱塞和套環(huán)之間的緊密配合來實(shí)現(xiàn)密封。
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