超高壓截止閥閥桿軸向密封力的分析
閱讀：452發(fā)布時(shí)間：2012-3-19
闡述了超高壓截止閥在不同密封型式下軸向力的計(jì)算及其確定并加以論證,分析了超高壓截止閥的密封機(jī)理和密封面加工精度對(duì)截止閥軸向力的影響以及密封副材料的選用。
1、概述
超高壓截止閥密封副材料通常為金屬對(duì)金屬,為了使截止閥關(guān)閉時(shí)密封嚴(yán)密,必須提高密封面的加工精度和粗糙度等級(jí),并且對(duì)密封面施加非常大的軸向密封力。然而,軸向密封力并非越大越好。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為超高壓截止閥（≥300MPa）應(yīng)為塑性法密封,且大都采用錐面線性密封。所謂塑性法密封,就是密封面的密封比壓等于密封副軟材料的屈服極限,使結(jié)合面緊密接觸,利用軟材料的塑變而堵塞硬件表面的不平處,形成近似理想平面,并產(chǎn)生等于軟材料屈服極限的反力而保持密封。
2、軸向力分析
閥桿軸向力主要取決于密封面的總作用力,閥門(mén)設(shè)計(jì)中確定密封面總作用力的關(guān)鍵參數(shù)是密封比壓。但是在超高壓截止閥的錐面線密封情況下,其軸向力Q在無(wú)介質(zhì)壓力關(guān)閉時(shí)所產(chǎn)生的密封比壓q是否可以大于密封副軟材料的屈服極限δs,在有介質(zhì)壓力關(guān)閉時(shí)的密封比壓q是否一定等于δs,本文將討論q的合適值。
3、密封面粗糙度對(duì)軸向力的影響
根據(jù)只有當(dāng)密封表面間的間隙小于介質(zhì)分子直徑時(shí),才能保證介質(zhì)不滲漏的觀點(diǎn),可以認(rèn)為,防止流體滲漏的間隙值必須小至0.003μm。但是,即使經(jīng)過(guò)精研,金屬表面上的凸峰高度仍然超過(guò)0.05μm,要達(dá)到理想平面,就必須對(duì)接觸面施加一定的力,這個(gè)力的大小與密封副軟材料的σs及密封面的粗糙度有關(guān)。
當(dāng)密封面上的比壓q<40MPa時(shí),密封面的質(zhì)量起著決定作用。例如在q=65MPa時(shí),隨著粗糙度等級(jí)的越來(lái)越高,滲透量迅速減小,也就是說(shuō)在q<40MPa時(shí),在同樣一個(gè)滲漏量等級(jí),粗糙度愈高所需要的q愈小,其軸向力越小。
但對(duì)于σs>900MPa密封副材料,在用于300MPa等級(jí)的超高壓閥時(shí),除了從線彈性斷裂力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā),[σ]從強(qiáng)度要求考慮,Ra0.05μm以上,還要從密封機(jī)理上考慮。因此,對(duì)于σs為900MPa的超高壓截止閥用密封副,其密封面粗糙度必須在Ra0.05μm以上。而對(duì)于經(jīng)HIP處理的WC硬質(zhì)合金密封副來(lái)說(shuō),由于其性質(zhì)較脆,要增大密封面上的比壓來(lái)壓縮密封面上的波峰,就會(huì)使軸向力增加很大,而且會(huì)使密封副產(chǎn)生斷裂,（在Fisher公司閥門(mén)的使用中,就有因軸向力調(diào)整不當(dāng)而引起閥座斷裂的例子）,因此,其密封面上粗糙度必須高于Ra0105μm。只有在這個(gè)范圍內(nèi),才能使用式（13）的軸向力計(jì)算式。
4、結(jié)語(yǔ)
超高壓截止閥的密封機(jī)理分狹面彈塑性密封和線密封兩種型式。由于閥座（或閥瓣）密封面塑性變形后的表面冷作硬化現(xiàn)象,所以軸向力的增加與閥座密封面寬度的增加并不成正比關(guān)系?？趶?/2in.（15mm）以上超高壓閥的密封副材料以采用HIP處理的WC硬質(zhì)合金為宜,密封面必須有很高的粗糙度等級(jí),而軸向力計(jì)算公式具有一定的使用范圍。
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