Принцип уплотнения клапана

Существует множество типов клапанов, но их основная функция одна и та же: перекрывать или перекрывать поток среды. Поэтому проблема герметичности клапанов становится весьма актуальной.

Чтобы клапан мог эффективно перекрывать поток среды и предотвращать утечки, необходимо обеспечить целостность уплотнения клапана. Существует множество причин протечек клапана, включая ненадлежащую конструкцию, дефекты контактных поверхностей уплотнения, ослабление крепёжных деталей, неплотное прилегание корпуса клапана к крышке клапана и т. д. Все эти проблемы могут привести к нарушению герметичности клапана, что, в свою очередь, создаёт проблему протечек. Поэтомутехнология герметизации клапанов— важная технология, связанная с производительностью и качеством клапанов, требующая систематических и глубоких исследований.

С момента создания клапанов технологии их герметизации также претерпели значительное развитие. До настоящего времени технологии герметизации клапанов в основном представлены двумя основными аспектами: статическим и динамическим уплотнением.

Так называемое статическое уплотнение обычно относится к уплотнению между двумя статическими поверхностями. В качестве метода герметизации обычно используются прокладки.

Так называемое динамическое уплотнение в основном относится кгерметизация штока клапана, что предотвращает утечку среды в клапане при движении штока клапана. Основным методом уплотнения динамического клапана является использование сальника.

1. Статическое уплотнение

Статическое уплотнение подразумевает создание герметичного соединения между двумя неподвижными секциями, и в этом случае в основном используются прокладки. Существует множество типов шайб. К наиболее распространённым относятся плоские шайбы, О-образные шайбы, обернутые шайбы, шайбы специальной формы, волнистые шайбы и навитые шайбы. Каждый тип шайб можно дополнительно классифицировать по используемым материалам.
①Плоская шайбаПлоские шайбы — это плоские шайбы, которые устанавливаются между двумя неподвижными секциями. В зависимости от используемого материала их можно разделить на пластиковые, резиновые, металлические и композитные. Каждый материал имеет свою область применения.
2. Уплотнительное кольцо. Уплотнительное кольцо — это прокладка с О-образным поперечным сечением. Благодаря О-образному сечению оно обладает определённым самоуплотняющим эффектом, поэтому обеспечивает лучшую герметизацию, чем плоская прокладка.
③Включая шайбы. Обернутая прокладка – это прокладка, которая охватывает один материал другим. Такая прокладка, как правило, обладает хорошей эластичностью и может улучшить герметизацию. ④Шайбы специальной формы. Шайбы специальной формы – это прокладки неправильной формы, включая овальные шайбы, ромбовидные шайбы, шайбы с зубчатым сечением, шайбы типа «ласточкин хвост» и т. д. Эти шайбы, как правило, обладают самозатягивающимся эффектом и в основном используются в клапанах высокого и среднего давления.
⑤Волновая шайба. Волнистые прокладки – это прокладки, имеющие только волнообразную форму. Эти прокладки обычно изготавливаются из комбинации металлических и неметаллических материалов. Они, как правило, обладают малым усилием прижима и хорошим герметизирующим эффектом.
⑥ Оберните шайбу. Навитые прокладки относятся к прокладкам, образованным путем плотной обмотки тонких металлических полос и неметаллических полос вместе. Этот тип прокладок обладает хорошей эластичностью и герметизирующими свойствами. Материалы для изготовления прокладок в основном включают три категории, а именно металлические материалы, неметаллические материалы и композитные материалы. Вообще говоря, металлические материалы обладают высокой прочностью и сильной термостойкостью. Обычно используемые металлические материалы включают медь, алюминий, сталь и т. д. Существует много типов неметаллических материалов, включая пластиковые изделия, резиновые изделия, изделия из асбеста, изделия из пеньки и т. д. Эти неметаллические материалы широко используются и могут быть выбраны в соответствии с конкретными потребностями. Существует также много типов композитных материалов, включая ламинаты, композитные панели и т. д., которые также выбираются в соответствии с конкретными потребностями. Как правило, в основном используются гофрированные шайбы и спирально-навитые шайбы.

2. Динамическое уплотнение

Динамическое уплотнение относится к уплотнению, которое предотвращает утечку потока среды в клапане при движении штока клапана. Это проблема уплотнения при относительном движении. Основным методом уплотнения является сальник. Существует два основных типа сальников: сальникового типа и сальников с накидной гайкой. Сальниковый тип является наиболее распространенным в настоящее время. В целом, с точки зрения формы сальника его можно разделить на два типа: комбинированный тип и интегральный тип. Хотя каждая форма отличается, они, как правило, включают в себя болты для сжатия. Тип с накидной гайкой обычно используется для небольших клапанов. Из-за небольшого размера этого типа усилие сжатия ограничено.
В сальнике, поскольку набивка находится в прямом контакте со штоком клапана, набивка должна иметь хорошее уплотнение, малый коэффициент трения, быть способной адаптироваться к давлению и температуре среды и быть коррозионно-стойкой. В настоящее время обычно используемые наполнители включают резиновые уплотнительные кольца, плетеную набивку из политетрафторэтилена, асбестовую набивку и наполнители для формования пластика. Каждый наполнитель имеет свои собственные условия применения и диапазон, и должен выбираться в соответствии с конкретными потребностями. Уплотнение должно предотвращать утечку, поэтому принцип уплотнения клапана также изучается с точки зрения предотвращения утечки. Существует два основных фактора, вызывающих утечку. Один из них является наиболее важным фактором, влияющим на эффективность уплотнения, то есть зазор между уплотнительными парами, а другой - разница давлений между обеими сторонами уплотнительной пары. Принцип уплотнения клапана также анализируется с четырех аспектов: жидкостное уплотнение, газовое уплотнение, принцип уплотнения канала утечки и уплотнительная пара клапана.

Герметичность для жидкости

Герметизирующие свойства жидкостей определяются вязкостью и поверхностным натяжением жидкости. Когда капилляр протекающего клапана заполнен газом, поверхностное натяжение может отталкивать жидкость или вводить её в капилляр. Это создаёт угол тангенса. Если угол тангенса меньше 90°, жидкость будет впрыскиваться в капилляр, и возникнет утечка. Утечка возникает из-за различных свойств среды. Эксперименты с различными средами при одних и тех же условиях дадут разные результаты. Можно использовать воду, воздух, керосин и т. д. Если угол тангенса больше 90°, также возникнет утечка. Это связано с наличием жировой или восковой плёнки на поверхности металла. После растворения этих поверхностных плёнок свойства металлической поверхности изменяются, и первоначально отталкиваемая жидкость смачивает поверхность и начинает протекать. В связи с вышеизложенным, согласно формуле Пуассона, цель предотвращения утечки или уменьшения её объёма может быть достигнута путём уменьшения диаметра капилляра и увеличения вязкости среды.

Газонепроницаемость

Согласно формуле Пуассона, герметичность газа зависит от вязкости молекул газа и самого газа. Утечка обратно пропорциональна длине капиллярной трубки и вязкости газа и прямо пропорциональна диаметру капиллярной трубки и движущей силе. Если диаметр капиллярной трубки равен средней степени свободы молекул газа, молекулы газа будут свободно перемещаться по капиллярной трубке, двигаясь в ней с тепловым эффектом. Следовательно, при испытании на герметичность клапана для достижения герметичности необходимо использовать воду, а воздух, то есть газ, не может обеспечить герметичность.

Даже если уменьшить диаметр капилляра под молекулами газа посредством пластической деформации, мы всё равно не сможем остановить поток газа. Причина в том, что газы всё ещё могут диффундировать через металлические стенки. Поэтому при проведении газовых испытаний необходимо соблюдать более строгие требования, чем при испытаниях жидкостей.

Принцип герметизации канала утечки

Уплотнение клапана состоит из двух частей: неровности, распределенной по поверхности волны, и шероховатости волнистости на расстоянии между вершинами волн. Учитывая, что большинство металлических материалов в нашей стране обладают низкой упругой деформацией, для достижения герметичности необходимо предъявлять повышенные требования к усилию сжатия металлического материала, то есть усилие сжатия материала должно превышать его упругость. Поэтому при проектировании клапана уплотнительная пара подбирается с определенной разницей твердости. Под действием давления пластическая деформация определенного уровня обеспечит герметизирующий эффект.

Если уплотнительная поверхность изготовлена из металла, то неровности на поверхности появятся раньше всего. Вначале для пластической деформации этих неровностей достаточно небольшой нагрузки. С увеличением площади контакта неровности поверхности приобретают форму упругопластической деформации. В это время шероховатость по обе стороны углубления будет присутствовать. При необходимости приложения нагрузки, способной вызвать значительную пластическую деформацию основного материала, и создания плотного контакта между двумя поверхностями, эти оставшиеся пути можно сблизить по непрерывной линии и окружному направлению.

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 сред, коррозии, частиц износа, кавитации и эрозии, таких как частицы износа. Если частицы износа меньше шероховатости поверхности, точность поверхности улучшается, а не ухудшается при износе уплотнительной поверхности. Напротив, точность поверхности ухудшается. Поэтому при выборе частиц износа необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как материал, условия эксплуатации, смазывающая способность и коррозия уплотнительной поверхности.

Как и в случае с частицами износа, при выборе уплотнений необходимо всесторонне учитывать различные факторы, влияющие на их эффективность, чтобы предотвратить утечки. Поэтому необходимо выбирать материалы, устойчивые к коррозии, царапинам и эрозии. В противном случае, отсутствие какого-либо требования значительно снизит их уплотняющую способность.