李金城 
閥門密封性原理
密封就是防止泄漏，那么閥門密封性原理也是從防止泄漏研究的。造成泄漏的因素主要有兩個(gè)，一個(gè)是影響密封性能的最主要的因素，即密封副之間存在著間隙，另一個(gè)則是密封副的兩側(cè)之間存在著壓差。閥門密封性原理也是從液體的密封性、氣體的密封性、泄漏通道的密封原理和閥門密封副等四個(gè)方面來分析的。
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(shí)候，表面張力可能對(duì)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(shí)候，液體就會(huì)被注入毛細(xì)管內(nèi)，這樣就會(huì)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(yàn)，在條件相同的情況下，會(huì)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(shí)，也會(huì)發(fā)生泄漏。因?yàn)榕c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(huì)侵濕表面，發(fā)生泄漏。針對(duì)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(shí)現(xiàn)防止泄漏或減少泄漏量的目的。
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(dòng)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(shí)，氣體分子就會(huì)以自由的熱運(yùn)動(dòng)流進(jìn)毛細(xì)管。因此，當(dāng)我們?cè)谧鲩y門密封試驗(yàn)的時(shí)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(dòng)。原因在于氣體仍然可以通過金屬壁擴(kuò)散。所以我們?cè)谧鰵怏w試驗(yàn)時(shí)，一定要比液體試驗(yàn)更加的嚴(yán)格。
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(gè)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(duì)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(jì)時(shí)，密封副結(jié)合一定的硬度差來匹配，在壓力的作用下，就會(huì)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(diǎn)就會(huì)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(diǎn)產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)接觸面增大時(shí)，表面的不平整就會(huì)變成塑性-彈性變形。這時(shí)處在凹處的兩面粗糙度就會(huì)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(shí)，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。
閥門密封副
閥門密封副是閥座和關(guān)閉件在互相接觸時(shí)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(shí)，其表面精度就會(huì)得到改善，而不會(huì)變壞。相反，則會(huì)使表面精度變壞。因此在選擇磨損顆粒時(shí)，要綜合考慮其材料，工況，潤滑性和對(duì)密封面的腐蝕情況等因素。
如同磨損顆粒一樣，我們?cè)谶x擇密封件時(shí)，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(xiàng)要求，就會(huì)使其密封性能大大降低。
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：
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(huì)發(fā)生變化。而且這種變化會(huì)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(shí)，一定要選擇具有彈性變形的密封件。同時(shí)，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。
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(gè)因素。在相同的條件下，比壓太大會(huì)引起閥門的損壞，但比壓太小酒會(huì)造成閥門泄漏。因此，需要我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到比壓的合適度。
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(duì)閥門密封性能的影響程度，我們?cè)谶M(jìn)行密封副設(shè)計(jì)時(shí)，要把其設(shè)計(jì)成彈性閥座等具有熱補(bǔ)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(shí)，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(shí)，要去掉這層薄膜。因?yàn)檫@層很薄的油膜，會(huì)破壞表面的親水性，導(dǎo)致堵塞流體的通道。
密封副的質(zhì)量
密封副質(zhì)量主要是指我們要對(duì)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(diǎn)，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(huì)造成浪費(fèi)，或給生活帶來危險(xiǎn)，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(cái)產(chǎn)安全和環(huán)境污染的事故。
一臺(tái)依靠外力旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)開及關(guān)閉的閥門都設(shè)計(jì)有一個(gè)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(gè)方面的原因。
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?cái)嘟橘|(zhì)的能力。對(duì)于截?cái)嚅y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(huì)造成物料損失，污染環(huán)境，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成事故。對(duì)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(jì)議閥門動(dòng)密封、靜密封問題。
動(dòng)密封
閥門動(dòng)密封，主指閥桿密封。不讓閥內(nèi)介質(zhì)隨閥桿運(yùn)動(dòng)而泄漏，是閥門動(dòng)密封中心課題。
填料函形式：閥門動(dòng)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、壓緊螺母式：這類形式，外形尺寸小，但壓緊力受限制，只使用于小閥門。
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(duì)填料有以下要求：
密封性好；
耐侵蝕；
磨擦系數(shù)??；
順應(yīng)介質(zhì)溫度和壓力。
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(duì)閥門密封有了更嚴(yán)酷要求，有場(chǎng)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(shí)，波紋管伸縮，波紋管自己不漏，介質(zhì)便沒法泄出。為保險(xiǎn)起見，往往采用波紋管與填料兩重密封。
靜密封
什么是靜密封呢?靜密封通常是指兩個(gè)靜止面之間的密封。密封辦法主要是使用墊圈。
經(jīng)常使用墊圈性能：
使用閥門時(shí)，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(shí)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(qiáng)，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(diǎn)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(shí)闡揚(yáng)聚四氟乙烯優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)彌補(bǔ)它彈性較差錯(cuò)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(qiáng)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(jià)格廉價(jià)。使用時(shí)，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(shí)費(fèi)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(diǎn)。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(shí)，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(shí)踐中體味。
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