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, Ra 0.05μm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Ra 0.05μm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Ra 0105μm。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。口徑1 /2 in. (15mm)以上超高壓閥的密封副材料以采用H IP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。

參考文獻(xiàn)

　　〔1〕　陸培文. 調(diào)節(jié)閥實(shí)用技術(shù)〔M〕. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.
　　〔2〕　楊源泉. 閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)〔M〕. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1992.
　　〔3〕　JW 哈奇森. 調(diào)節(jié)閥手冊(cè)〔M〕. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1984.