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化工閥門密封面上的比壓及其計算 化工閥門密封面上的比壓計算 化工閥門密封面上
之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹保證閥門密封性的因素很多，所有這些因素是不可能地進(jìn)行計算的，通常，設(shè)計人員是根據(jù)產(chǎn)品的用途來確定啟閉件的結(jié)構(gòu)和密封面尺寸，當(dāng)計算啟閉件力時，必須確定密封面單位面積上的壓力，這個壓力稱為比壓。一般只能根據(jù)實驗來確定。
一般來說，對于閉路閥啟閉件保證密封性所必須的比壓取決于密封面的寬度、材料及介質(zhì)工作壓力，為了確定能夠保證密封的比壓值，曾進(jìn)行了大量的研究工作，但是由于研究結(jié)果差異很大，因此，還不能編制一個統(tǒng)一的規(guī)范。
有曾經(jīng)做過用20 Cr13鋼制造的寬度為0.5mm的窄密封面的試驗，所得出的關(guān)系式如下：
式中qMFI -密封面寬度為6．(mm)時所需的比壓值(MPa)；
q。。——密封面寬度為6：( mm)時所需的比壓值(MPa)。
當(dāng)密封面寬度>0 Smm時，具有如下關(guān)系式：
以上關(guān)系式明顯地表明，當(dāng)密封面寬時，密封面不是整個表面都以相同的程度起著密封作用。
比壓值g對空氣滲漏量嘰的影響的試驗結(jié)果示于圖7_5。
化工閥門密封面上的比壓計算分析結(jié)果可以得出以下結(jié)論：
①每個試樣都具有一定的關(guān)系式，即g。=，(g．p)。
②對數(shù)座標(biāo)七各種不同p值時，的函數(shù)為直線，可以用下列關(guān)系式表示：
式中g(shù)，——當(dāng)壓力為p時，此瞬間空氣的滲漏量；
q,a-q值很小時，介質(zhì)zui初泄漏量；
q-在給定的瞬間作用的比壓；
m——該試驗的常數(shù)，與試樣的材料和表面狀況有關(guān)。
只有12 Cr18 Ni9試件的變化不符合上述規(guī)律性，這些試件曲線的斜度是變化的，隨著比壓g的加，斜度來愈小。
以上現(xiàn)象可以這樣解釋：在變形過程中，12Cr18Ni9由于加工硬化使得本身的彈性和塑性劇烈地改變。當(dāng)g值小時，比壓的變化較比壓大時影響空氣泄漏量更為顯著，tj冷作硬化有關(guān)的波峰變形之后，比壓的變化對9，值（空氣泄漏量）的影響就小。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥對平面密封面的密封性的研究，發(fā)現(xiàn)了如下由介質(zhì)本身產(chǎn)生的密封比壓值的變化規(guī)律，如圖7_6所示。
當(dāng)介質(zhì)壓力p增加時，比壓q按黑體曲線增長。在到達(dá)g。。之前，試驗數(shù)據(jù)非常分散（劃細(xì)實線的面積）。當(dāng)?shù)竭_(dá)臨介比壓q。。時，表面的微觀不平度及其他缺陷達(dá)到相互壓乎的程度，壓力再升高時，影響就不大了，這時零件的彈性起決定性作用。當(dāng)壓力超過p。時，必須比壓按正比例增加。在臨界比壓q。，范圍內(nèi)，用較低的比壓（虛線OA）壓緊密封面就可保證密封性。這樣一來，以超過qkp昀比壓壓緊后g=，(p)的關(guān)系用直線I．I表示。如果從試驗獲得的g值中減去介圖7-5不同壓力下，比壓對介質(zhì)滲漏量的影響曲線圖
a)化工閥門密封面上的比壓計算密封面材料為黃銅b）密封面材料為青銅
c)密封面材料為20Cr13 d）密封面材料為i2Cr18Ni9質(zhì)作用力，那么密封面上的比壓值g。以直線Ⅲ一Ⅲ表示。為了保證密封面間所要求的密封性，比壓值應(yīng)按規(guī)定的Ⅱ一Ⅱ線選取，它考慮了安全系數(shù)，當(dāng)壓力接近零時，比壓不應(yīng)小于qmi.。
在計算介質(zhì)作用力Fvu時，采用密封面的平均直徑D，如果這樣，則認(rèn)為有介質(zhì)作用的密封面面積上沒有比壓作用，如果介質(zhì)壓力分布在直徑D。。范圍內(nèi)，那么力Fnu仍在一半面積內(nèi)傳遞，使半面直接接觸。這個假設(shè)具有重要意義，不過虛考慮到，密封面之間介質(zhì)滲透面積的輪廓具有很復(fù)雜的形式，表面本身不是平的，吻合面上的實際比壓與計算比壓有很大的差別。介質(zhì)作用面積隨著閥桿軸向力的增加而減小，而密封面的接觸面積則增大。因此，密封比壓值q。是有一定條件的，主要依賴于實驗數(shù)據(jù)。若減少密封面的接觸面積，必然相應(yīng)地增加比壓。
圖7-6密封面上所需必須比壓曲線圖因此，在工程上，密封比壓g。，和實際比壓q作用在整個密封面上。為確定液體用常溫閉路密封面上的密封比壓值(MPa)，可應(yīng)用一般公式鋁合金、聚乙烯、聚氯乙烯、PTFE、RPTFE、MOLON、DEVLON、尼龍、PEEK、C
=1.8；中等硬度橡膠C=0 4；
K——在給定密封面材料條件下，考慮介質(zhì)壓力對比壓值的影響系數(shù)；鑄鐵、青銅、黃銅
K=1:鋼、硬質(zhì)合金K=l;鋁、鋁合金、聚乙烯、聚氯乙烯、PTFE、RPTFE、MO-
LON、DEVLON、PEEK、尼龍K=0.9；中等硬度橡膠K=0.6；
p-介質(zhì)工作壓力，通常取公稱壓力PN( MPa)；
bm-密封面寬度( mm)。
表7-1所示是公式(7-3)的公式與部分密封面材料在常溫下的液體確定的g。，的一些數(shù)據(jù)。
應(yīng)用該公式時，應(yīng)注意：
①所示數(shù)據(jù)適用于平面密封。
②密封面經(jīng)過精磨，表面粗糙度達(dá)到可。在工業(yè)凈水或其他不含污物硬雜質(zhì)的液體介質(zhì)中工作時，所示數(shù)據(jù)可保證密封（汽油和煤油除外）。
③當(dāng)密封面用不同材料制造時，g。值按較軟酌材料選取。
（④公式適用于確定g。，= 80. OMPa以下的比壓值。
⑤對某些截止閥剛性較好的結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過精研的密封面（表面粗糙度約可），允許比壓值降低25%。
⑥溫度升高要求增大比壓，按某些數(shù)據(jù)，水的溫度從15℃增加到IOO℃時比壓就需增加l倍。
（D表內(nèi)所示的比壓值適用于2級-3級密封閥門（見表70和表7_4）。大體上可以認(rèn)為，為．保i正F需的密封性，密封面的表面粗糙度需保證：1級密封一表面粗糙度不低于可，2級密封一震面粗糙度不低于可，3級密封一表面粗糙度不低于可。
⑧在用于腐蝕性極大的介質(zhì)、常變換的氫和氮及其他極其重要介質(zhì)的一級密封閥門中，上述比壓值建議增大1.8倍。
⑨介質(zhì)中其他雜質(zhì)對比壓值的影響難以準(zhǔn)確估計，因為這些影響取決于物理特性、尺寸及介質(zhì)污穢的程度。
由于手動操作或者閥門關(guān)閉后介質(zhì)壓力的變化，密封面上經(jīng)常會產(chǎn)生比壓值顯著超過g。，的現(xiàn)象，所以，在設(shè)計過程中必須使實際比壓q值不會引起過大的塑性變形，并且不改變經(jīng)過研磨的表面幾何形狀。為此，必須保證：
qm; <q< Eql
式中q\U7-保證密封所需比壓(MPa)； q-實際工作比壓(MPa)；——密封面材料的許用比壓( MPa)，見表7-2，
閘閥密封面的工作條件比截止閥密封面更惡劣，因為閘閥密封面間有滑動摩擦，會引起密封面的磨損，而且當(dāng)比壓大時會引起咬住或擦傷的危險，計算閘閥密封比壓時，推薦使用公式(7-3)來確定qMF。
式中F-塞體的軸向力(N)；
A。——塞體錐面的投影面積(nun2)；
A。=}(D1一諺)
式中D．——塞體大端直徑(mm)；
D：——塞體小端直徑(mm)。
這樣，可以用g值，確定塞體上的軸向力(N)：
除平面密封外，截止閥中還采用p =30。- 45。的錐面密封，如圖7-7a所示。錐面密封研磨比較困難，因為不能用平面研磨工具，此外，當(dāng)p角較小時，溫度變化會引起閥瓣被卡死現(xiàn)象，當(dāng)閥座直徑較大和作用力大時，楔子的作用力可以導(dǎo)致鑲嵌的閥座產(chǎn)生變形。但是，錐面密封不易積存污物，而軸向力相同時比平面密封的比壓要大，因此，公稱尺寸較小和極重要的閥門廣泛采用錐面密封。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥
