閥門密封性原理

　　閥門種類繁多，可是基本的作用則是一致的，那便是連通或者截斷介質流。因而，閥門的密封問題就顯得十分明顯。

　　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密不可分等等，所有這些問題都將會導致閥門密封不好，進而產生泄漏問題。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，須要進行系統深入的研究。

　　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。

　　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，根據具體的須要來選用。復合材料的種類也很多，包括層合板、復合板等，也是根據具體須要選用，一般在波形墊圈和纏繞墊圈等上面使用的比較多。

　　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，這是一個相對運動流程中的密封問題，其密封方式主要是采用填料函。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較多的形式，一般從壓蓋的形式而言，能夠 分為組合式和整體式兩種，每個形式雖有差別，但是大部分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，因此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，每個填料都有其適應的條件和范圍，根據具體的需要來選取。

　　密封便是防止泄漏，那么閥門密封性原理也是從防止泄漏研究的。造成泄漏的因素主要有兩個，一個是影響密封性能的最主要的因素，即密封副之間存在著間隙，另一個則是密封副的兩側之間存在著壓差。閥門密封性原理也是從液體的密封性、氣體的密封性、泄漏通道的密封原理和閥門密封副等四個方面來分析的。

　　液體的密封性

　　液體的密封性是通過液體的粘度和表面張力來進行。當閥門泄漏的毛細管充滿氣體的時候，表面張力可能對液體進行排斥，或者將液體引進毛細管內。這樣就形成了相切角。當相切角小于90°的時候，液體就會被注入毛細管內，這樣就會發生泄漏。發生泄漏的原因在于介質的不同性質。用不同介質做試驗，在條件相同的情況下，會得到不同的結果。

　　能夠 用水，用空氣或用煤油等。而當相切角大于90°時，也會發生泄漏。因為與金屬表面上的油脂或蠟質薄膜有關系。一旦這些表面的薄膜被溶解掉，金屬表面的特性就發生了變化，原來被排斥的液體，就會侵濕表面，發生泄漏。針對上述情況，根據泊松公式，能夠 在減少毛細管直徑和介質粘度較大的情況下，來實現防止泄漏或減少泄漏量的目的。

　　氣體的密封性

　　根據泊松公式，氣體的密封性與氣體分子和氣體的粘性有關。泄漏與毛細管的長度和氣體的粘度成反比，與毛細管的直徑和驅動力成正比。當毛細管的直徑和氣體分子的平均自在度相同時，氣體分子就會以自由的熱運動流進毛細管。因此，當我們在做閥門密封試驗的時候，介質一定要用水才能起到密封的作用，用空氣即氣體就不能起到密封的作用。

　　即使我們通過塑性變形方式，將毛細管直徑降到氣體分子以下，也仍然不能阻止氣體的流動。原因在于氣體仍然能夠 通過金屬壁擴散。因此我們在做氣體試驗時，一定要比液體試驗更加的嚴格。

　　泄漏通道的密封原理

　　閥門密封由散布在波形面上的不平整度和波峰間距離的波紋度構成粗糙度兩個部分組成。在我國大部分的金屬材料彈性應變力都較低的情況下，如果要達到密封的狀態，就需要對金屬材料的壓縮力提更高的要求，即材料的壓縮力要超過其彈性。因此，在進行閥門設計時，密封副結合一定的硬度差來匹配，在壓力的作用下，就會產生一定程度的塑性變形密封的效果。

　　如果密封表面都是金屬材料，那么表面不平整的凸出點就會最早的出現，在最初只需用較小的載荷就可以使這些不平整的凸出點產生塑性變形。當接觸面增大時，表面的不平整就會變成塑性-彈性變形。這時處在凹處的兩面粗糙度就會存在。需要施加能使底層材料產生嚴重塑性變形的載荷時，并且使得兩表面接觸緊密，沿著連續線和環向方向才能使這些尚存的通徑密合。

　　閥門密封副

　　閥門密封副是閥座和關閉件在互相接觸時進行關閉的那一部分。金屬密封面在使用流程中，容易受到夾入介質，介質腐蝕，磨損顆粒，氣蝕和沖刷的損害的。比如磨損顆粒。如果磨損顆粒比表面的不平整度小，在密封面磨合時，其表面精度就會得到改善，而不會變壞。相反，則會使表面精度變壞。因此在選擇磨損顆粒時，要綜合考慮其材料，工況，潤滑性和對密封面的腐蝕情況等因素。

　　如同磨損顆粒一樣，我們在選擇密封件時，要綜合考慮影響其性能的各種因素，才能起到防泄漏的功能。因此，必須選擇那些抗腐蝕，抗擦傷和耐沖刷的材料。否則，缺少任何一項要求，就會使其密封性能大大降低。

　　液壓支架中各種液壓閥的使用期限很低，解決的途徑和辦法是提高系統的過濾精度和提高乳化液的質量，但收效不大。經過研究可知，密封技術是提高液壓支架中液壓閥使用期限的關鍵。

　　液壓閥密封元件損壞的主要因素是工作液中的雜質，。這些雜質在密封元件間研磨，使閥產生泄漏。因此，國外曾提出相應等級的液壓元件，應采用相應精度的過濾器。但液壓支架用閥，工作環境十分惡劣。實踐證明減少支架液壓系統液體的污染雜質，是十分困難的，有人曾經設想在乳化液泵站采用高壓過濾器，另外在每臺支架進口處增加小型過濾器。但在工作中迅速被堵塞，形成斷流。

　　另一方面，隨著液壓支架技術的發展。對液壓閥的使用性能和閥的使用期限提出了更高的要求。目前，在裝有120目時的過濾器和磁過濾裝置的條件下，用通過被測試閥的乳化液的總流量和閥的啟閉次數，來計量閥的使用期。

　　但實際上室內型式試驗與礦井具體工作中結果相差很大。為此，需要使用新型的、抗污染能力強的、適合于礦井工作中條件的密封副。影響密封效果的主要原因是閥芯和閥座的接觸比壓、不平度及壓差。當閥芯與閥座的接合面以P力壓緊，工作中液體分子以F力擠入，密封材料會產生彈性變形。如果密封副總抗力大于分子排斥力，則密封有效，不然會形成泄漏。

　　早期的液壓支架，運動副之間沒有其他密封措施，是金屬直接接觸密封，即要求密封副接觸平面吻合，具有較高的加工精度，不然必須加大密封副的結合力，使接觸表面產生塑性變形，堵塞泄漏入口。

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