閥門密封技術的研究現狀和展望

許紫洋　黃永鋒

摘 要：閥門在現代生產和生活中的重要性是不言而喻的，文章介紹了閥門的分類和結構，并對閥門密封技術的研究現狀進行了分析，在此基礎上進一步提出了閥門密封技術的研究展望，為后續的深入研究奠定了基礎。

關鍵詞：閥門；密封技術；泄漏；材料

中圖分類號：TB114 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）18-0029-02

1 概 述

閥門是一種應用十分廣泛的機械零件，在現代生產和生活中的作用越來越顯著，無論是高端的科技領域還是日常的普通生活都離不開它。正是因為閥門應用的廣泛性，使得閥門的種類非常多，結構也不盡相同，這樣也給閥門的維護保養帶來一定的問題。閥門的種類雖然繁多，但是基本的作用卻是一致的，那就是連通或者截斷介質流。因此，閥門的密封問題就顯得十分突出。

要保證閥門能夠良好的截斷介質流，不發生泄漏，就要保證閥門的密封完好。而造成閥門泄漏的原因很多，包括結構設計上的不合理、密封接觸面有缺陷、緊固零件發生松動、閥體與閥蓋間的配合不緊密等等，所有這些問題都可能導致閥門密封不好，從而產生泄漏問題。所以，閥門密封技術是關系到閥門性能和質量的一項重要技術，需要進行系統深入的研究。

2 閥門的分類和結構

閥門的種類繁多，劃分起來不是那么容易，既可以按照原理劃分，也可以按照作用來劃分，還可以按照結構來劃分，甚至可以結合起來進行劃分，不管哪種劃分方法，都改變不了閥門的用途。目前國際上常用的分類方法是將閥門劃分為這些種類，即閘閥、球閥、碟閥、截止閥、安全閥、減壓閥、節流閥、旋塞閥、調節閥等。在這些閥門中，閘閥、球閥、碟閥、截止閥就屬于截斷閥的種類，主要用于連通或者截斷介質流；而減壓閥、節流閥、調節閥就屬于調節閥的種類，主要用于調節介質流的流量、溫度和壓力等；而安全閥主要用于超壓的安全保護。

除了上述這些分類之外，還可以按照工作壓力進行分類，此時可以分為真空閥、低壓閥、中壓閥、高壓閥和超高壓閥等；如果按照介質的工作溫度進行分類，則可以劃分為高溫閥、中溫閥、常溫閥、低溫閥和超低溫閥；另外，如果按照閥體的材料進行分類的話，則可以劃分為金屬材料閥門、非金屬材料閥門、金屬閥體襯里閥門。

閥門的種類雖然繁多，但是基本結構卻差不多，大致上都可以由閥體、閥芯和閥座組成。這里以最常用的調節閥為例，分析閥門的結構組成。在調節閥的基本閥體結構中，可以有直通式、角型結構和Z型結構三種類型；而在基本閥芯結構中，則有拋物面結構、籠式結構和V型坡口三種類型；在基本閥座結構中，則有堆焊式閥座、旋入式閥座、焊接式閥座和嵌入式閥座四種類型。這些不同的基本結構組合在一起就構成了種類繁多的閥門結構。閥門的基本結構，見表1。

3 閥門密封技術的研究現狀

閥門的種類雖然繁多，但是密封問題都是必不可少的，而且非常重要。閥門從產生到現在，其密封技術也經歷了很大的發展。到目前為止，閥門密封技術主要體現在兩大方面，即靜密封和動密封。所謂靜密封，通常是指兩個靜止面之間的密封，靜密封的密封方法主要是使用墊圈。所謂動密封，主要是指閥桿的密封，即不讓閥內的介質隨閥桿運動而發生泄漏，動密封的密封方法主要是使用填料函。下面對這兩種閥門密封技術分別加以詳細分析。

3.1 靜密封

靜密封是指在兩個靜止的截面之間形成密封，其密封方法主要是使用墊圈。墊圈的種類很多，經常使用的墊圈包括平墊圈、O形圈、包墊圈、異形墊圈、波形墊圈和纏繞墊圈等幾大類，每種類型下面又可以根據使用材料的不同而進一步進行劃分。

①平墊圈。平墊圈就是平整的貼于兩個靜止截面之間的墊圈，一般根據使用的材料可以劃分為塑料平墊圈、橡膠平墊圈、金屬平墊圈和復合材料平墊圈，每種材料的平墊圈都有其適用的范圍。

②O形圈。O型圈是指斷面形狀呈O型的墊圈，由于其斷面形狀是O型，有一定的自緊作用，所以密封效果比平墊圈好。

③包墊圈。包墊圈是指將某種材料包裹在另一種材料上的墊圈，這樣的墊圈一般具有良好的彈性，可以增強密封效果。

④異型墊圈。異型墊圈是指那些形狀不規則的墊圈，包括橢圓形墊圈、菱形墊圈、齒輪型墊圈、燕尾型墊圈等，這些墊圈一般有自緊作用，大多在高中壓閥門中使用。

⑤波形墊圈。波形墊圈是只具有波浪形狀的墊圈，這類墊圈通常是將金屬材料和非金屬材料組合起來構成，一般具有壓緊力小，密封效果好的特點。

⑥纏繞墊圈。纏繞墊圈是指把很薄的金屬帶和非金屬帶緊貼在一起、纏繞形成的墊圈，這類墊圈具有良好的彈性和密封性。

墊圈的制作材料主要包括三大類，即金屬材料、非金屬材料和復合材料。一般來說，金屬材料的強度高，耐溫性能強，常用的金屬材料有銅、鋁、鋼等。非金屬材料的種類很多，包括塑料制品、橡膠制品、石棉制品、麻制品等，這些非金屬材料的使用廣泛，根據具體的需要來選用。復合材料的種類也很多，包括層合板、復合板等，也是根據具體需要選用，一般在波形墊圈和纏繞墊圈等上面使用的比較多。

3.2 動密封

動密封是指不讓閥內的介質流隨閥桿運動而泄漏的密封，這是一個相對運動過程中的密封問題，其密封方法主要是采用填料函。填料函的基本形式有兩種，即壓蓋式和壓緊螺母式。壓蓋式是目前使用得最多的形式，一般從壓蓋的形式而言，可以分為組合式和整體式兩種，每種形式雖有區別，但是基本上都包含有壓緊用的螺栓。壓緊螺母式一般用于較小的閥門，由于這種形式的尺寸較小，所以壓緊力是受到限制的。

在填料函內，由于填料是直接與閥桿接觸的，所有要求填料的密封性好、摩擦系數小、能夠適應介質的壓力和溫度、并且耐腐蝕。目前比較常用的填料包括橡膠O型圈、聚四氟乙烯編織盤根、石棉盤根和塑料成型填料等，每種填料都有其適應的條件和范圍，根據具體的需要來選取。

4 閥門密封技術的展望

隨著科技的不斷發展，對閥門的要求也越來越高，因此閥門密封技術也在不斷發展，新的密封材料和技術也在不斷出現。主要體現在以下幾個方面：

①生料密封。何謂生料？就是高分子有機化合物在燒結成制品之前的材料。生料具有質地柔軟的特性，可以產生單分子膜效應。生料在使用時可以自由成形，并且只要一有壓力，就會形成一個均勻的環形膜，這個環形膜起到了密封作用。生料使用起來十分方便，可以做成一定的形狀，更換容易，密封效果良好。

②液體密封。液體密封是指利用液態密封膠來實現閥門密封的一種密封技術，它一般用于靜密封。在液體密封中，主要利用了液態密封膠的單分子膜效應，使其在適當壓力下像墊圈一樣地起作用。

③波紋管密封。波紋管密封是指利用波紋管實現閥門密封的一種密封技術，它一般用于動密封。在波紋管密封中，波紋管的兩端通常與別的零件固定在一起，因此當閥桿運動時，波紋管會產生伸縮，只要波紋管自身保持完好，介質就不會發生泄漏，從而就可以實現閥門的密封。這種閥門密封技術主要應用于化學工業和原子能工業上面，針對無法使用填料密封的場合。

5 結 語

隨著經濟社會的進一步發展，閥門的應用要求也會越來越高，閥門密封技術也會突飛猛進，更多的新材料和新技術也會運用進來，關于這方面的研究也會越來越深入。

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