3-閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理和影響因素分析

第三章閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理

和影響因素分析基本內(nèi)容3-1密封連接的分類(lèi)3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理3-3影響因素分析3-1密封連接的分類(lèi)閥門(mén)密封連接有以下幾種方法進(jìn)行分類(lèi)：一、按密封程度分

1.絕對(duì)密封連接，不允許滲漏介質(zhì)。

2.非絕對(duì)密封連接，允許滲漏微量介質(zhì)。二、按動(dòng)作性質(zhì)分

1.長(zhǎng)期固定式密封連接。如法蘭連接、螺紋接頭等。

2.長(zhǎng)期活動(dòng)式密封連接。如填料裝置、旋塞等。

3.定期活動(dòng)式密封連接。如閘閥、截止閥、止回閥和安全閥的密封等。3-1密封連接的分類(lèi)三、按密封表面的形式分1.平面型密封表面。如法蘭、閘閥、截止閥等的密封面。2.柱型密封表面。如活塞、填料及柱塞閥等。3.錐型密封表面。如旋塞、錐型關(guān)閉件等。4.混合式密封表面。如球面、刀形面及帶水線(xiàn)的平面等。四、按密封面的性質(zhì)分1.剛性金屬接觸密封面，無(wú)中間彈性元件。這種密封面靠精加工來(lái)保證。如閘閥、截止閥及止回閥的密封面等。2.有彈性元件密封面。如球閥的彈性閥座、活塞環(huán)、皮革及橡皮碗、軟管密封等。3.有彈性和塑性變形元件的密封面。如襯墊、填料等。3-1密封連接的分類(lèi)五、按有無(wú)密封油脂分1.無(wú)密封油脂的密封連接。2.有密封油脂的密封連接。如油封旋塞、油封球閥及油封閘閥的密封面等。3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理一、泄漏泄漏是機(jī)械設(shè)備常產(chǎn)生的故障之一。造成泄漏的原因主要有兩方面：1.是由于機(jī)械加工的結(jié)果。2.是密封兩側(cè)存在壓力差，工作介質(zhì)就會(huì)通過(guò)間隙而泄漏。減小或消除間隙是阻止泄漏的主要途徑。密封的作用就是將接合面間的間隙封住，隔離或切斷泄漏通道，增加泄漏通道中的阻力，或者在通道中加設(shè)小型做功元件，對(duì)泄露物造成壓力，與引起泄漏的壓差部分抵消或完全平衡，以阻止泄漏。3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理二、與密封有關(guān)的物理現(xiàn)象1.基本概念

(1)內(nèi)聚力:液體表面的分子，由于內(nèi)部的引力作用，其合力的方向是垂直于液體表面指向液體內(nèi)部。內(nèi)聚力的作用總是力圖趨勢(shì)液體表面積最小。大小：與種類(lèi)有關(guān)：如水銀和煤油；與溫度有關(guān)；與溶解的戒指有關(guān)。

3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理（2）附著力

液體與固體相接處，液體表面的分子與固體表面的分子間也存在相互吸引力。（3）浸潤(rùn)

當(dāng)固液表面的附著力大于液體內(nèi)部的內(nèi)聚力時(shí)，固體表面將被所潤(rùn)濕。

與材料有關(guān)與表面粗糙度有關(guān)3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理（4）不浸潤(rùn)當(dāng)固液表面的附著力小于液體內(nèi)部的內(nèi)聚力時(shí)，固體表面將被所潤(rùn)濕。固液分離時(shí)不會(huì)有液體殘存附著于固體表面3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理2.物理現(xiàn)象（1）表面張力：由于內(nèi)聚力是在曲面的法線(xiàn)方向上指向液體內(nèi)部，因而在呈曲面的液體表面上就出現(xiàn)表面張力，表面張力是沿曲面的切線(xiàn)方向上。表面張力系數(shù)：（2）粘性：液體運(yùn)動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部液層間的摩擦力，阻止它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生原因：分子間的引力（主要對(duì)液體）；質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量交換（主要對(duì)氣體）。主要影響因素：溫度、壓力。3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理（3）毛細(xì)現(xiàn)象

將細(xì)管插入液體中，在管內(nèi)外將產(chǎn)生液面差。（a）凹面：液體能被浸潤(rùn)，接觸角（b）凸面：液體不被浸潤(rùn)；接觸角（c）表面張力：3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理（4）吸附現(xiàn)象

固體表面間存在一定的表面能，當(dāng)它與氣體接觸時(shí)，能將部分氣體分子吸引到固體表面上，以降低其表面能。物理吸附：固體與氣體表面分子吸引力；化學(xué)吸附：化學(xué)鍵，具有選擇性。主要影響因素：溫度

3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理三、密封原理1、理想密封原理

理想平面實(shí)際平面3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理二、密封原理密封面存在凹凸不平的“峰”“谷”，依賴(lài)于提高表面光潔度，不能實(shí)現(xiàn)完全密封；壓緊密封面，“峰”“谷”，減小，存在溝槽和毛細(xì)通道，不能實(shí)現(xiàn)完全密封；施加密封力，產(chǎn)生局部彈性和塑性變形，接觸面積增大，間隙減小，存在狹小間隙和通道，不能實(shí)現(xiàn)完全密封；結(jié)論：只有狹小間隙和通道小于分子直徑，達(dá)到密封。2、實(shí)際密封原理分子直徑：粗糙度：間隙和通道大于分子直徑壓力降間隙和通道曲折、截面大小變化；截面收縮，介質(zhì)劇烈攪動(dòng)渦流。邊界層毛細(xì)通道附著力作用毛細(xì)通道表面粗糙度分子極化吸附粘性3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理浸潤(rùn)：有利于邊界層形成，毛細(xì)現(xiàn)象引起泄漏；內(nèi)聚力大，表面張力大，不浸潤(rùn)，有利密封，但不易形成邊界層；能量損失：節(jié)流效應(yīng)轉(zhuǎn)化成熱量而溫升，粘度下降、通道膨脹，不利密封。結(jié)論：密封不可能在密封面的內(nèi)沿實(shí)現(xiàn)，密封面間有介質(zhì)，介質(zhì)不會(huì)從密封面的外沿漏出；及不是依靠?jī)擅芊獾拈g隙無(wú)限小完成的，而是靠介質(zhì)分子之間的相互作用力（粘性力）形成穩(wěn)定的介質(zhì)膜來(lái)封住帶壓介質(zhì)通道和間隙（通道的閉合）。3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理3-2閥門(mén)啟閉件的密封機(jī)理經(jīng)過(guò)兩金屬接觸平面形成的密封連接所滲漏的介質(zhì)數(shù)量取決于:1.閥座密封面的加工質(zhì)量；密封表面的微觀(guān)幾何形狀、波峰大小及距理想平面的偏差程度。2.密封面寬度。3.密封面內(nèi)外壓力差的大小。4.密封面的材料及其處理狀態(tài)。5.工作介質(zhì)的性質(zhì)。6.密封面的親水性或憎水性。7.接觸表面間有無(wú)密封油脂。8.關(guān)閉件的結(jié)構(gòu)。9.密封面上的比壓值。3-3影響因素分析影響密封性的因素很多，下面分別加以介紹:

一、密封面質(zhì)量對(duì)閥門(mén)密封性的影響粗糙度對(duì)密封的影響很大。當(dāng)粗糙度高、比壓小時(shí)，滲漏量增加；而當(dāng)比壓大時(shí)，粗糙度對(duì)滲漏量的影響顯著減小。因?yàn)槊芊饷嫔系奈⒂^(guān)鋸齒狀尖峰被壓平了。軟密封面的粗糙度對(duì)密封性能的影響比金屬對(duì)金屬的剛性密封小的多。3-3影響因素分析二、密封面寬度對(duì)閥門(mén)密封性的影響

密封面的寬度決定毛細(xì)孔的長(zhǎng)度。當(dāng)寬度加大時(shí)，流體沿毛細(xì)孔運(yùn)動(dòng)路程成正比增加，而泄漏量則反比地減小。實(shí)際上并非如此，因?yàn)槊芊飧钡慕佑|面不能全部吻合，當(dāng)產(chǎn)生變形后，密封面的寬度不能全部有效的起到密封作用。

另一方面，密封面寬度的增加，要增大所需要的密封力，因此合理地選擇密封面寬度也是比較重要的。

3-3影響因素分析三、閥前和閥后的壓力差對(duì)密封性的影響試驗(yàn)證明：在其他條件相同的情況下，泄漏量的增長(zhǎng)是超過(guò)壓力差的增長(zhǎng)的。

M,N,S為常數(shù)系數(shù)，取決于材料、密封面的加工質(zhì)量，密封面上的比壓和其他條件。3-3影響因素分析四、密封面材料及其處理狀態(tài)對(duì)密封性的影響保證連接密封性的方法是將兩個(gè)表面相互貼合，使表面間的剩余間隙成為毛細(xì)孔形狀，阻止流體通過(guò)。剩余間隙的大小取決于密封表面微觀(guān)不平度。如果使用較硬的材料造成相同的密封程度，就必須有較大的比壓。與密封連接有關(guān)的表面處理狀態(tài):諸如波峰的變形、尺寸和密封間隙的改變以及其它現(xiàn)象都發(fā)生在金屬表層上。

3-3影響因素分析五、介質(zhì)性質(zhì)對(duì)密封性的影響1.被密封流體的滲透能力與它的粘度緊密相關(guān)。在其他條件相同的情況下，流體粘度越大，其滲透能力越小。氣體與液體的粘度分析，大概有以下關(guān)系：A氣體的粘度比液體的粘度小幾十倍，故其滲透能力比液體強(qiáng)。（但是飽和蒸汽例外，飽和蒸汽容易保證密封。）B壓縮氣體比液體更容易滲漏。3-3影響因素分析五、介質(zhì)性質(zhì)對(duì)密封性的影響2.流體的滲透能力取決于引起粘度改變的溫度。

氣體的粘度隨溫度的升高而增大，它與氣體的溫度的開(kāi)方成正比。液體的粘度則相反，它隨溫度的升高而急劇減小，它與溫度的立方成反比。因溫度變化而引起的零件尺寸的改變將造成密封區(qū)內(nèi)密封壓力的變化，并能引起密封的破壞。3-3影響因素分析六、表面親水性的影響

表面親水性對(duì)滲漏的影響是毛細(xì)孔特性所引起的。當(dāng)密封表面上只要有一層很薄的油膜，就需加大通過(guò)間隙的水的壓力。由于金屬表面具有良好的親水性，煤油等能很容易地滲透鑄件和密封連接的間隙。3-3影響因素分析七、密封油膜的存在對(duì)密封性的影響連接表面間存在密封油膜對(duì)其密封性有顯著影響。當(dāng)表面有一層很薄的油膜時(shí)，破壞了接觸面的親水性，并且堵塞流體通道，這樣就需要較大的壓力差才能使流體通過(guò)毛細(xì)孔。