超高壓截止閥閥桿軸向密封力的分析|資料

　　闡述了超高壓截止閥在不同密封型式下軸向力的計算及其確定并加以論證,分析了超高壓截止閥的密封機理和密封面加工精度對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金屬,為了使截止閥關閉時密封嚴密,必須提高密封面的加工精度和粗糙度等級,并且對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。有一種觀點認為超高壓截止閥(≥300MPa)應為塑性法密封,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,閥門設計中確定密封面總作用力的關鍵參數是密封比壓。但是在超高壓截止閥的錐面線密封情況下,其軸向力Q在無介質壓力關閉時所產生的密封比壓q是否可以大于密封副軟材料的屈服極限δs,在有介質壓力關閉時的密封比壓q是否一定等于δs,本文將討論q的合適值。

3、密封面粗糙度對軸向力的影響

根據只有當密封表面間的間隙小于介質分子直徑時,才能保證介質不滲漏的觀點,可以認為,防止流體滲漏的間隙值必須小至0.003μm。但是,即使經過精研,金屬表面上的凸峰高度仍然超過0.05μm,要達到理想平面,就必須對接觸面施加一定的力,這個力的大小與密封副軟材料的σs及密封面的粗糙度有關。

當密封面上的比壓q<40MPa時,密封面的質量起著決定作用。例如在q=65MPa時,隨著粗糙度等級的越來越高,滲透量迅速減小,也就是說在q<40MPa時,在同樣一個滲漏量等級,粗糙度愈高所需要的q愈小,其軸向力越小。

但對于σs>900MPa密封副材料,在用于300MPa等級的超高壓閥時,除了從線彈性斷裂力學觀點出發,[σ]從強度要求考慮,Ra0.05μm以上,還要從密封機理上考慮。因此,對于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。而對于經HIP處理的WC硬質合金密封副來說,由于其性質較脆,要增大密封面上的比壓來壓縮密封面上的波峰,就會使軸向力增加很大,而且會使密封副產生斷裂,(在Fisher公司閥門的使用中,就有因軸向力調整不當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。只有在這個范圍內,才能使用式(13)的軸向力計算式。

4、結語

超高壓截止閥的密封機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系。口徑1/2in.(15mm)以上超高壓閥的密封副材料以采用HIP處理的WC硬質合金為宜,密封面必須有很高的粗糙度等級,而軸向力計算公式具有一定的使用范圍。

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