密封閥軸端密封結構分析

摘 要：重點介紹了兩種密封閥軸端密封組件的結構，并詳細分析了各自的優劣勢，從而為密封閥軸端密封結構的設計提供理論參考。

關鍵詞：上密封閥；軸端密封組件；V型組合密封圈

ANALYSIS OF THE SEALING STRUCTURE OF THE SHAFT END OF THE SEALING VALVE

Li Fenggou

（Qinhuangdao Qinye Heavy Industry Co.， Ltd. Qinhuangdao 066318，China）

Abstract：This paper mainly introduces the two kinds of sealing assembly of shaft end， and analyzes their advantages and disadvantages in detail， so as to provide theoretical reference for the design of sealing assembly of shaft end for sealing valve.

Key words： upper sealing valve; sealing assembly of shaft end; V-type combined sealing ring

0 前 言

目前高爐煉鐵主要采用無料鐘式爐頂裝料系統，在爐頂布料過程中，由于高爐壓力與外界環境壓力不同，因此需要通過密封閥、均壓閥、放散閥等設備的動作實現壓力的調節。其中密封閥是滿足稱量料罐裝料以及爐頂高壓操作的設備，其主要用于對稱量料罐進行煤氣密封，以保證高爐的帶壓操作，同時保證爐頂壓力。由于密封閥長期處于高壓、多塵、腐蝕的惡劣工況環境，因此要求密封閥操作可靠，密封性好，否則一旦出現故障或損壞，將直接導致高爐無法順利生產，進而影響高爐生鐵產量。實際生產中曾不止一次出現因密封閥軸端漏風而導致高爐休風的事故。針對這一現象，本文分析了兩種軸端密封結構，以供參考。另外密封閥結構和種類繁多，本文所提的軸端密封結構主要針對圖1所顯示形式的密封閥使用。

如圖1所示，密封閥主要由閥體、傳動軸、閥板、軸端密封組件、曲柄、軸承座、液壓缸、液壓缸支座、檢修門等部件組成。為簡化模型，本文將軸端密封組件處傳動軸的直徑定義為φd。下面將介紹密封閥軸端密封組件常用的兩種結構。

1 V型組合密封圈+前段F6柔性石墨填料

V+F6軸端密封組件由填料盒、壓蓋、隔油環、V型組合密封圈、柔性石墨填料等零件組成，如圖2所示。

這種組合的結構特點是：

1）V形組合密封圈在于其壽命過程長，使用后密封效果好，對軸向以及徑向的振動和活塞偏心負載狀況適應能力相對強很多，面對高壓或工況常常不規則變化的壓力也能承受住，因具有很好的彈性，容易拉伸，在安裝的與拆卸過程也相對方便快捷。

2）柔性石墨填料具有優秀的耐熱性和耐寒性和耐化學腐蝕性，在超低溫或超高溫的環境下，其物理性質幾乎沒有什么變化，并且回彈率高，當軸或軸套因制造、安裝等存在偏心而出現徑向圓跳動時，具有足夠的浮動性能，即使石墨出現裂紋，也能很好密合，從而保證貼合緊密，防止泄漏。另外，它還具有良好的自潤滑性，柔性石墨同天然石墨一樣，層間在外力作用下，容易產生滑動，因而具有潤滑性，有較好的減磨性。

壓緊石墨填料所需預緊力Q1的計算按下式確定：

Q1=78.5（D2-d2）y （N）

式中：y為壓緊力，MPa；柔性石墨填料y=3.5MPa；D為填料外徑，cm；d為軸徑，cm。

將相關尺寸代入式中，可得：

Q1=275.75（D2-d2） （N）

使填料盒達到密封所需的力Q2的計算由下式確定：

Q2=235.6（D2-d2）p （N）

式中：p為介質壓力，MPa。

同樣可求得：

Q2=70.68（D2-d2） （N）

另外，填料與轉軸間的摩擦力Fm可按下式計算：

Fm=100πdHqμ （N）

式中：d為軸徑，cm；H為填料高度，cm；μ為填料盒轉軸的摩擦因數，一般取值0.08～0.25；q為填料的側壓力，MPa。

Qm

q=K ———————

π（D2-d2）25

式中：Qm選取Q1和Q2中的較大值；K為側壓力系數，柔性石墨填料K=0.9～1.0。

最終算得：

Fm=88.24dH （N）

由于本文所比較的幾種結構中，軸徑和轉速是相同的，因此摩擦功率不再作詳細計算。另外，填料與軸的理論間隙為0，因此理論泄露量也為0，所以理論泄漏量不再詳細計算。

3）一體式結構，在安裝和更換上簡單便捷。

2 V型組合密封圈+前端F22柔性石墨填料

V+F22軸端密封組件由填料盒、法蘭、壓蓋、隔油環、V型組合密封圈、柔性石墨填料等零件組成，如圖3所示：

此結構的特點是：

1）依然采用V型組合密封圈+柔性石墨填料的組合密封方式，因此也具備使用壽命長、密封效果好等特性，對軸向以及徑向的振動和活塞偏心負載狀況適應能力強，并且具有優秀的耐熱性和耐寒性和耐化學腐蝕性，另外因閥體內側使用的柔性石墨填料尺寸增大，對閥體內部的灰塵、氣體的阻擋能力提高，在此結構中，柔性石墨填料的相關計算結果如下：

Qm=275.75（D2 1-d2） （N）

Fm=88.24dH1 （N）

式中：D1＞D，H1＞H。

2）對于液壓缸側的V型組合密封圈便于安裝和更換，但是由于柔性石墨填料處于閥體內部，相對而言此處的柔性石墨填料不便安裝，尤其現場檢修需要更換此處的填料時，其難度更是有顯著增大。

3 結 語

針對兩種軸端密封組件分別做了較為詳細地分析，此處的結構應盡可能地使用一體式結構，這樣便于裝配及更換，采用V型組合密封圈和柔性石墨填料密封可對閥體內部外部的氣體或雜質進行有效阻隔，但根據計算也不難看出，當柔性石墨的截面積越大時，密封效果增加的同時，填料與軸產生的摩擦阻力也會相應增大，對軸的損傷隨時間變化也會加大，因此選用密封組件的結構前也應當校核好軸的強度，在保證軸的使用壽命及強度的前提下，盡量采用密封更加可靠的結構。

參考文獻

[1] 李凱.上下密封閥的結構分析[J].冶金信息導刊，2016（1）：60-63.

[2] 吳宗澤.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3] 蓋曉明，磨向軍，李東生.高爐爐頂下密封閥特點及受力分析[J].冶金設備，2020（2）：52-56.

[4] 馮文強，許俊斌.料流調節閥與下密封閥合體結構的設計[J].冶金設備，2014（6）：14-19.