閥門密封性能簡析

張圓圓

（蘭州理工大學石油化工學院 蘭州 730050 鄭州市鄭蝶閥門有限公司 鄭州 450041）

閥門密封性能簡析

張圓圓

（蘭州理工大學石油化工學院 蘭州 730050 鄭州市鄭蝶閥門有限公司 鄭州 450041）

本文概括了常見閥門的密封型式及其密封原理，詳細分析了造成閥門泄漏的常見原因，并以此提出一些改進閥門密封性能的措施與建議，為專業人員提供了一定的參考。

閥門；密封；性能

1 引言

隨著中國科技的進步與經濟的高速發展以及工業水平的持續提升，閥門在生活尤其是工業生產中起著極其重要的作用。閥門除了必須滿足使用安全以及質量可靠的性質以外，必須滿足最重要的性質-密封性。然而，泄漏在一定程度上限制了閥門在民用與工業中更加廣泛的應用。閥門泄漏包括內部泄漏與外部泄漏[1]。內部泄漏即內漏，主要是指閥門座與閉合器件之間存在縫隙或者孔洞。外部泄漏即外泄，主要指的是設備填料函與連接法蘭的地方。我們可以對實際應用中的具體條件、閥門泄漏的位置以及經濟價值等進行綜合考慮，提出不同的解決措施以及建議。

2 泄漏標準

判斷閥門是否發生了泄漏的標準為閥門在一定的時間內能否保證設備內部物質沒有泄漏到外界或者泄漏的量在允許的范圍內。泄漏標準的定義為選取具體位置的閥門，在應用過程中允許的物質泄漏最大量即為此種閥門的泄漏標準。閥門密封性能優良與否，通常用閥門對物質的泄漏比例或者閥門內部所受壓力來表示，閥門密封性能的優良分為四個等級[2]：

（1）公稱級密封，適用于對密封性能要求不高的閥門。比如調節水流大小的水龍頭中的閥門；

（2）低漏級密封，同樣適用于對密封性能要求不高的閥門；

（3）蒸汽級密封，適用于以蒸汽為工作原理的機械設施以及大多數工業設備中閥門，不同機械部件之間的連接處；

（4）原子級，適用于對閥門密封性能要求極其嚴格的設備中。比如用于外太空探索的航天飛機以及原子對撞機設備等。美國機構中的原子級密封指的零泄漏。

3 閥門的密封型式及原理

3.1 密封型式

3.1.1 接觸密封

利用外力使閥門與其他部件相互之間進行緊密接觸使閥門部件之間的縫隙最小化，甚至消除他們之間的縫隙，這類密封叫做接觸密封。接觸密封從運動方面考慮又分為動密封和靜密封。其中，靜密封全部為接觸密封。而動態密封有的為接觸密封，有的為非接觸密封[3]。接觸密封要求比較高，標準也比較嚴格，正因如此，在一些容易產生摩擦的地方不宜使用接觸密封，因為摩擦會產生部件磨損，不利于閥門的密封性。因此，接觸密封適用于一些接觸面運動相對少一些或者沒有發生運動的地方。接觸密封從材料彈力方面考慮，又分為彈性密封和非彈性密封。兩者各有優缺點，其中彈性密封指的是通過具有彈性形變能力的高分子材料構成的部件之間，通過材料受力發生彈性形變來使閥門部件之間的縫隙最小化：甚至消除他們之間的縫隙的密封。彈性密封密封性比較好，且對部件性能要求低，使用成本低，維修方便，缺點就是對環境溫度要求較高，溫度太高會使高分子材料變得過軟，影響氣密性；溫度過低就會使高分子材料變得過硬，使得部件在運動時容易摩擦損壞。非彈性密封指的是通過非彈性形變能力的材料構成的部件之間：材料微彈性形變以及其他補償部件來使兩者之間的縫隙最小化，甚至消除他們之間的縫隙的密封。非彈性密封雖然使用成本昂貴，對部件質量與精度要求很高，但適用溫度范圍廣，使用壽命比較長。

3.1.2 非接觸密封

閥門與其他部件相互之間留有一定的間隙，并沒有緊密接觸使閥門部件之間的縫隙最小化甚至消除他們之間的縫隙，這類密封叫做非接觸密封。因為現實應用中閥門密封主要為接觸密封，所以，重點介紹接觸密封，非接觸密封在此不一一敘述。

3.2 密封原理、泄漏原因與其相關建議

閥門密封主要目的是為了防止存儲物質外泄，造成存儲物質外泄的原因主要包括閥門部件之間存在間隙以及閥門部件之間有壓力差[4]。其中閥門部件之間存在的間隙是造成閥門泄漏的主要原因。密封機制為通過一些介質利用不同的方法來使閥門部件之間的縫隙最小化甚至消除他們之間的縫隙，從而防止存儲物質外泄。

因為大部分閥門間隙目前對閥門泄漏存儲物質量多少的研究主要是通過毛細管原理來推導計算[5]。大量的實驗數據顯示，單位面積上的存儲物質泄流量與近似為毛細管成的間隙直徑以及物質密度為正比例關系，與部件間接觸的面積大小成反比例關系。并且單位面積上的存儲物質泄流量還與存儲物質的流體性質有關系。但是這種推導方法實驗條件要求嚴格，在實際應用中，達不到實驗中的嚴格規范條件，所以這種理論目前對實際應用沒有很大的實際意義。

只有保證閥門部件之間的間隙直徑小于儲存物質分子直徑，存儲物質才不會外泄。我們可得出，當閥門部件之間的間隙直徑小于0.003μm的時候，存儲物質才不會發生外泄。然而在實際應用中，由于科技技術的限制，閥門部件之間的間隙即使已經非常小了，其直徑仍然遠遠大于0.003μm，因此通過技術工藝來降低部件之間的間隙直徑來防止存儲物質外泄是不可能實現的。因此，人們只能增大外力，使閥門部件之間產生微型變形，以使間隙盡量減小甚至消失，防止存儲物質外泄。

3.2.1 對液體的密封性

液體的表面張力越大，液體的粘度越大，閥門的密封性就越好。當間隙的直徑很小時，液體的表面張力就越大。在實際應用中，應該加大外力，盡量減小間隙直徑。

3.2.2 對氣體的密封性

氣體的分子直徑越大，氣體的粘度越大，閥門的密封性就越好。通過上文討論分析可知，即使間隙的直徑很小，其直徑仍然遠遠大于0.003μm，因此，通過技術工藝，來降低部件之間的間隙直徑，來防止存儲物質外泄是不可能實現的。在實際應用中應該加大外力，使閥門部件之間產生微型形變，盡量減小間隙直徑。

4 結論

本文詳細介紹了閥門的密封原理以及防止存儲物質外泄的措施方法，對專業人員具有一定的參考作用。

[1]劉星，童金俠，馬莉.機械密封泄漏原因分析與對策[J].遼寧化工，2011（06）.

[2]孫偉.氧化鋁生產非接觸式機械密封設計理念分析[J].電腦知識與技術，2011（21）.

[3]康立新.試論機械密封泄漏的原因及解決辦法[J].中國石油和化工標準與質量，2011（06）.

[4]彭艷玲.離心泵密封的泄漏及防止[J].科技促進發展（應用版），2011（02）.

[5]馬科篤，吳靜，余篤軍.RTY500壓縮機十字頭組件頻繁故障的排除[J].中國設備工程，2011（07）.

TM621.7

A

1004-7344（2016）10-0321-01

2016-3-15

張圓圓（1984-），女，漢族，河南新鄭人，助理工程師，研究方向為閥門。