閥門密封技術(shù)的研究現(xiàn)狀和展望

許紫洋　黃永鋒

摘 要：閥門在現(xiàn)代生產(chǎn)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(jié)構(gòu)，并對(duì)閥門密封技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了閥門密封技術(shù)的研究展望，為后續(xù)的深入研究奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：閥門；密封技術(shù)；泄漏；材料

中圖分類號(hào)：TB114 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）18-0029-02

1 概 述

閥門是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)械零件，在現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中的作用越來越顯著，無論是高端的科技領(lǐng)域還是日常的普通生活都離不開它。正是因?yàn)殚y門應(yīng)用的廣泛性，使得閥門的種類非常多，結(jié)構(gòu)也不盡相同，這樣也給閥門的維護(hù)保養(yǎng)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?cái)嘟橘|(zhì)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?cái)嘟橘|(zhì)流，不發(fā)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的不合理、密封接觸面有缺陷、緊固零件發(fā)生松動(dòng)、閥體與閥蓋間的配合不緊密等等，所有這些問題都可能導(dǎo)致閥門密封不好，從而產(chǎn)生泄漏問題。所以，閥門密封技術(shù)是關(guān)系到閥門性能和質(zhì)量的一項(xiàng)重要技術(shù)，需要進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。

2 閥門的分類和結(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)來劃分，甚至可以結(jié)合起來進(jìn)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(jié)流閥、旋塞閥、調(diào)節(jié)閥等。在這些閥門中，閘閥、球閥、碟閥、截止閥就屬于截?cái)嚅y的種類，主要用于連通或者截?cái)嘟橘|(zhì)流；而減壓閥、節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥就屬于調(diào)節(jié)閥的種類，主要用于調(diào)節(jié)介質(zhì)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(hù)。

除了上述這些分類之外，還可以按照工作壓力進(jìn)行分類，此時(shí)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(zhì)的工作溫度進(jìn)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(jìn)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(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)閥為例，分析閥門的結(jié)構(gòu)組成。在調(diào)節(jié)閥的基本閥體結(jié)構(gòu)中，可以有直通式、角型結(jié)構(gòu)和Z型結(jié)構(gòu)三種類型；而在基本閥芯結(jié)構(gòu)中，則有拋物面結(jié)構(gòu)、籠式結(jié)構(gòu)和V型坡口三種類型；在基本閥座結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)組合在一起就構(gòu)成了種類繁多的閥門結(jié)構(gòu)。閥門的基本結(jié)構(gòu)，見表1。

3 閥門密封技術(shù)的研究現(xiàn)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(chǎn)生到現(xiàn)在，其密封技術(shù)也經(jīng)歷了很大的發(fā)展。到目前為止，閥門密封技術(shù)主要體現(xiàn)在兩大方面，即靜密封和動(dòng)密封。所謂靜密封，通常是指兩個(gè)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(dòng)密封，主要是指閥桿的密封，即不讓閥內(nèi)的介質(zhì)隨閥桿運(yùn)動(dòng)而發(fā)生泄漏，動(dòng)密封的密封方法主要是使用填料函。下面對(duì)這兩種閥門密封技術(shù)分別加以詳細(xì)分析。

3.1 靜密封

靜密封是指在兩個(gè)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(jīng)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(jù)使用材料的不同而進(jìn)一步進(jìn)行劃分。

①平墊圈。平墊圈就是平整的貼于兩個(gè)靜止截面之間的墊圈，一般根據(jù)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(fù)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(qiáng)密封效果。

④異型墊圈。異型墊圈是指那些形狀不規(guī)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(gòu)成，一般具有壓緊力小，密封效果好的特點(diǎn)。

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(fù)合材料。一般來說，金屬材料的強(qiáng)度高，耐溫性能強(qiáng)，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(jù)具體的需要來選用。復(fù)合材料的種類也很多，包括層合板、復(fù)合板等，也是根據(jù)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(dòng)密封

動(dòng)密封是指不讓閥內(nèi)的介質(zhì)流隨閥桿運(yùn)動(dòng)而泄漏的密封，這是一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(qū)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(nèi)，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(shù)小、能夠適應(yīng)介質(zhì)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(yīng)的條件和范圍，根據(jù)具體的需要來選取。

4 閥門密封技術(shù)的展望

隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)閥門的要求也越來越高，因此閥門密封技術(shù)也在不斷發(fā)展，新的密封材料和技術(shù)也在不斷出現(xiàn)。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①生料密封。何謂生料？就是高分子有機(jī)化合物在燒結(jié)成制品之前的材料。生料具有質(zhì)地柔軟的特性，可以產(chǎn)生單分子膜效應(yīng)。生料在使用時(shí)可以自由成形，并且只要一有壓力，就會(huì)形成一個(gè)均勻的環(huán)形膜，這個(gè)環(huán)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(tài)密封膠來實(shí)現(xiàn)閥門密封的一種密封技術(shù)，它一般用于靜密封。在液體密封中，主要利用了液態(tài)密封膠的單分子膜效應(yīng)，使其在適當(dāng)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(shí)現(xiàn)閥門密封的一種密封技術(shù)，它一般用于動(dòng)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(dāng)閥桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，波紋管會(huì)產(chǎn)生伸縮，只要波紋管自身保持完好，介質(zhì)就不會(huì)發(fā)生泄漏，從而就可以實(shí)現(xiàn)閥門的密封。這種閥門密封技術(shù)主要應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)和原子能工業(yè)上面，針對(duì)無法使用填料密封的場(chǎng)合。

5 結(jié) 語

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，閥門的應(yīng)用要求也會(huì)越來越高，閥門密封技術(shù)也會(huì)突飛猛進(jìn)，更多的新材料和新技術(shù)也會(huì)運(yùn)用進(jìn)來，關(guān)于這方面的研究也會(huì)越來越深入。

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