Принцип герметизации клапана

Существует множество типов клапанов, но их основная функция одинакова: перекрывать или отключать поток рабочей среды. Поэтому проблема герметизации клапанов становится очень актуальной.

Для обеспечения надежного перекрытия потока среды и предотвращения утечек клапаном необходимо гарантировать целостность уплотнения. Причин утечек из клапана множество, включая неправильную конструкцию, дефектные контактные поверхности уплотнения, неплотное крепление деталей, неплотное прилегание корпуса клапана к крышке и т.д. Все эти проблемы могут привести к неправильному уплотнению клапана, что, в свою очередь, создает проблему утечки. Поэтому,технология герметизации клапановЭто важная технология, связанная с производительностью и качеством клапанов, и она требует систематических и углубленных исследований.

С момента создания клапанов технология их герметизации также претерпела значительное развитие. На сегодняшний день технология герметизации клапанов в основном представлена ​​двумя основными аспектами: статическим и динамическим уплотнением.

Так называемое статическое уплотнение обычно относится к уплотнению между двумя неподвижными поверхностями. В качестве метода статического уплотнения в основном используются прокладки.

Так называемое динамическое уплотнение в основном относится кгерметизация штока клапаначто предотвращает утечку рабочей среды из клапана при движении штока клапана. Основным методом герметизации динамического уплотнения является использование сальниковой камеры.

1. Статическое уплотнение

Статическое уплотнение подразумевает создание герметичного соединения между двумя неподвижными элементами, и в качестве метода уплотнения в основном используются прокладки. Существует множество типов шайб. Наиболее часто используемые шайбы включают плоские шайбы, O-образные шайбы, обмотанные шайбы, шайбы специальной формы, волнистые шайбы и намотанные шайбы. Каждый тип может быть дополнительно классифицирован в зависимости от используемых материалов.
①Плоская шайбаПлоские шайбы — это плоские шайбы, которые устанавливаются ровно между двумя неподвижными элементами. Как правило, в зависимости от используемых материалов, их можно разделить на пластиковые, резиновые, металлические и композитные. Каждый материал имеет свою область применения.
②Уплотнительное кольцо. Уплотнительное кольцо — это прокладка с O-образным поперечным сечением. Благодаря O-образному сечением оно обладает определенным самогерметизирующим эффектом, поэтому обеспечивает лучшую герметизацию, чем плоская прокладка.
③Включают шайбы. Обмоточная прокладка — это прокладка, которая обволакивает один материал другим. Такая прокладка, как правило, обладает хорошей эластичностью и может улучшить герметизацию. ④Шайбы специальной формы. К шайбам специальной формы относятся прокладки неправильной формы, включая овальные шайбы, ромбовидные шайбы, шайбы зубчатого типа, шайбы типа «ласточкин хвост» и т. д. Эти шайбы, как правило, обладают самозатягивающим эффектом и в основном используются в клапанах высокого и среднего давления.
⑤ Волнистая шайба. Волнистые прокладки — это прокладки, имеющие только волнистую форму. Обычно они изготавливаются из комбинации металлических и неметаллических материалов. Как правило, они обладают малым усилием прижима и хорошим герметизирующим эффектом.
⑥ Оберните шайбу. Навитые прокладки — это прокладки, образованные путем плотного обертывания тонких металлических и неметаллических полос. Этот тип прокладок обладает хорошей эластичностью и герметизирующими свойствами. Материалы для изготовления прокладок в основном делятся на три категории: металлические, неметаллические и композитные. Как правило, металлические материалы обладают высокой прочностью и термостойкостью. К наиболее часто используемым металлическим материалам относятся медь, алюминий, сталь и др. Существует множество видов неметаллических материалов, включая изделия из пластмассы, резины, асбеста, конопли и др. Эти неметаллические материалы широко используются и могут быть выбраны в соответствии с конкретными потребностями. Также существует множество видов композитных материалов, включая ламинаты, композитные панели и др., которые также выбираются в соответствии с конкретными потребностями. Как правило, чаще всего используются гофрированные и спирально-навитые шайбы.

2. Динамическое уплотнение

Динамическое уплотнение — это уплотнение, предотвращающее утечку рабочей среды из клапана при движении штока клапана. Это проблема герметизации при относительном перемещении. Основной метод герметизации — сальниковое уплотнение. Существует два основных типа сальниковых уплотнений: сальниковое и гайковое. Сальниковое уплотнение в настоящее время является наиболее распространенным. В целом, по форме сальник можно разделить на два типа: комбинированный и цельный. Хотя каждый тип отличается, в основном они включают болты для сжатия. Гайковое уплотнение обычно используется для клапанов меньшего размера. Из-за малых размеров этого типа сила сжатия ограничена.
В сальниковой камере, поскольку наполнитель находится в непосредственном контакте со штоком клапана, он должен обладать хорошей герметизацией, малым коэффициентом трения, способностью адаптироваться к давлению и температуре рабочей среды, а также быть коррозионностойким. В настоящее время обычно используются такие наполнители, как резиновые уплотнительные кольца, плетеные наполнители из политетрафторэтилена, асбестовые наполнители и наполнители для литья пластмасс. Каждый наполнитель имеет свои условия применения и диапазон применения, и его следует выбирать в соответствии с конкретными потребностями. Герметизация предназначена для предотвращения утечек, поэтому принцип герметизации клапана также изучается с точки зрения предотвращения утечек. Существует два основных фактора, вызывающих утечки. Один из них — наиболее важный фактор, влияющий на герметичность, а именно зазор между уплотнительными парами, а другой — разница давлений между обеими сторонами уплотнительной пары. Принцип герметизации клапана также анализируется с четырех точек зрения: герметизация жидкостью, герметизация газом, принцип герметизации канала утечки и принцип герметизации уплотнительной пары клапана.

Жидконепроницаемость

Герметизирующие свойства жидкостей определяются вязкостью и поверхностным натяжением жидкости. Когда капилляр протекающего клапана заполняется газом, поверхностное натяжение может отталкивать жидкость или вводить ее в капилляр. Это создает касательный угол. Когда касательный угол меньше 90°, жидкость будет впрыскиваться в капилляр, и произойдет утечка. Утечка происходит из-за различных свойств среды. Эксперименты с использованием различных сред дадут разные результаты при одинаковых условиях. Можно использовать воду, воздух, керосин и т. д. Когда касательный угол больше 90°, также произойдет утечка. Это связано с пленкой из смазки или воска на металлической поверхности. После растворения этих поверхностных пленок свойства металлической поверхности изменяются, и первоначально отталкиваемая жидкость будет смачивать поверхность и вызывать утечку. Ввиду вышеизложенного, согласно формуле Пуассона, цель предотвращения утечки или уменьшения ее объема может быть достигнута путем уменьшения диаметра капилляра и увеличения вязкости среды.

Газонепроницаемость

Согласно формуле Пуассона, герметичность газа связана с вязкостью молекул газа и самого газа. Утечка обратно пропорциональна длине капиллярной трубки и вязкости газа и прямо пропорциональна диаметру капиллярной трубки и движущей силе. Когда диаметр капиллярной трубки равен средней степени свободы молекул газа, молекулы газа будут свободно перемещаться внутри капиллярной трубки под действием тепла. Поэтому при проведении испытания на герметичность клапана среда должна быть водой для достижения герметизирующего эффекта, а воздух, то есть газ, не может обеспечить герметизацию.

Даже если мы уменьшим диаметр капилляра под молекулами газа путем пластической деформации, мы все равно не сможем остановить поток газа. Причина в том, что газы все еще могут диффундировать через металлические стенки. Поэтому при проведении газовых испытаний необходимо быть более строгими, чем при проведении испытаний жидкостей.

Принцип герметизации канала утечки

Уплотнение клапана состоит из двух частей: неровностей, распределенных по волнообразной поверхности, и шероховатости волн на расстоянии между пиками волн. В случае, когда большинство металлических материалов в нашей стране обладают низкой упругой деформацией, для достижения герметичного состояния необходимо предъявлять более высокие требования к силе сжатия металлического материала, то есть сила сжатия материала должна превышать его упругость. Поэтому при проектировании клапана уплотнительная пара подбирается с определенной разницей в твердости. Под действием давления будет создаваться определенный эффект уплотнения за счет пластической деформации.

Если уплотнительная поверхность выполнена из металла, то неровности и выступающие точки на поверхности появятся раньше всего. Вначале для пластической деформации этих неровностей можно использовать лишь небольшую нагрузку. По мере увеличения площади контакта неровности поверхности переходят в пластически-упругую деформацию. В это время в углублении с обеих сторон будет присутствовать шероховатость. Когда необходимо приложить нагрузку, способную вызвать серьезную пластическую деформацию нижележащего материала, и обеспечить плотный контакт двух поверхностей, оставшиеся неровности можно сгладить вдоль сплошной линии и по окружности.

пара уплотнений клапана

Уплотнительная пара клапана — это часть седла клапана и запорного элемента, которая закрывается при контакте друг с другом. В процессе эксплуатации металлическая уплотнительная поверхность легко повреждается под воздействием попадающих в нее сред, коррозии, частиц износа, кавитации и эрозии. Если частицы износа меньше шероховатости поверхности, то точность поверхности будет улучшаться, а не ухудшаться по мере износа уплотнительной поверхности. Напротив, точность поверхности будет ухудшаться. Поэтому при выборе частиц износа необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как их материал, условия эксплуатации, смазывающие свойства и коррозия уплотнительной поверхности.

Подобно частицам износа, при выборе уплотнений необходимо всесторонне учитывать различные факторы, влияющие на их эффективность, чтобы предотвратить протечки. Поэтому необходимо выбирать материалы, устойчивые к коррозии, царапинам и эрозии. В противном случае, несоблюдение любого из этих требований значительно снизит герметизирующие свойства.