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閥門(mén)泄漏原因分析及預防措施
2024-06-26  閱讀

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康沃真空網(wǎng)】對閥門(mén)密封性能的要求,要防止泄漏角度出發(fā)。根據其泄漏的不同部位和程度,導致閥門(mén)的泄漏情況不同,因此,需要提出不同的防漏措施。

    1閥門(mén)密封性原理

    密封就是防止泄漏,那么閥門(mén)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(gè),一個(gè)是影響密封性能的最主要的因素,即密封副之間存在著(zhù)間隙,另一個(gè)則是密封副的兩側之間存在著(zhù)壓差。閥門(mén)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(mén)密封副等四個(gè)方面來(lái)分析的。

    1液體的密封性

    液體的密封性是通過(guò)液體的粘度和表面張力來(lái)進(jìn)行。當閥門(mén)泄漏的毛細管充滿(mǎn)氣體的時(shí)候,表面張力可能對液體進(jìn)行排斥,或者將液體引進(jìn)毛細管內。這樣就形成了相切角。當相切角小于90°的時(shí)候,液體就會(huì )被注入毛細管內,這樣就會(huì )發(fā)生泄漏。發(fā)生泄漏的原因在于介質(zhì)的不同性質(zhì)。用不同介質(zhì)做試驗,在條件相同的情況下,會(huì )得出不同的結果??梢杂盟?,用空氣或用煤油等。而當相切角大于90°時(shí),也會(huì )發(fā)生泄漏。因為與金屬表面上的油脂或蠟質(zhì)薄膜有關(guān)系。一旦這些表面的薄膜被溶解掉,金屬表面的特性就發(fā)生了變化,原來(lái)被排斥的液體,就會(huì )侵濕表面,發(fā)生泄漏。針對上述情況,根據泊松公式,可以在減少毛細管直徑和介質(zhì)粘度較大的情況下,來(lái)實(shí)現防止泄漏或減少泄漏量的目的。

    2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(guān)。泄漏與毛細管的長(cháng)度和氣體的粘度成反比,與毛細管的直徑和驅動(dòng)力成正比。當毛細管的直徑和氣體分子的平均自由度相同時(shí),氣體分子就會(huì )以自由的熱運動(dòng)流進(jìn)毛細管。因此,當我們在做閥門(mén)密封試驗的時(shí)候,介質(zhì)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(guò)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(dòng)。原因在于氣體仍然可以通過(guò)金屬壁擴散。所以我們在做氣體試驗時(shí),一定要比液體試驗更加的嚴格。

    3泄漏通道的密封原理

    閥門(mén)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(gè)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(tài),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(guò)其彈性。因此,在進(jìn)行閥門(mén)設計時(shí),密封副結合一定的硬度差來(lái)匹配,在壓力的作用下,就會(huì )產(chǎn)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(diǎn)就會(huì )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(diǎn)產(chǎn)生塑性變形。當接觸面增大時(shí),表面的不平整就會(huì )變成塑性-彈性變形。這時(shí)處在凹處的兩面粗糙度就會(huì )存在。需要施加能使底層材料產(chǎn)生嚴重塑性變形的載荷時(shí),并且使得兩表面接觸緊密,沿著(zhù)連續線(xiàn)和環(huán)向方向才能使這些尚存的通徑密合。

    4閥門(mén)密封副

    閥門(mén)密封副是閥座和關(guān)閉件在互相接觸時(shí)進(jìn)行關(guān)閉的那一部分。金屬密封面在使用過(guò)程中,容易受到夾入介質(zhì),介質(zhì)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(shí),其表面精度就會(huì )得到改善,而不會(huì )變壞。相反,則會(huì )使表面精度變壞。因此在選擇磨損顆粒時(shí),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(shí),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(huì )使其密封性能大大降低。

    2 影響閥門(mén)密封的主要因素

    影響閥門(mén)密封的因素很多,主要有以下幾種:

    1密封副結構

    在溫度或密封力作用的變化下,密封副的結構就會(huì )發(fā)生變化。而且這種變化會(huì )影響和改變密封副相互之間的作用力,從而使閥門(mén)密封的性能減小。因此,在選擇密封件時(shí),一定要選擇具有彈性變形的密封件。同時(shí),也要注意密封面的寬度。原因在于密封副的接觸面不能完全吻合,當密封面寬度增加,就要加大密封所需要的作用力。

    2密封面比壓

    密封面的比壓大小影響著(zhù)閥門(mén)密封性能大小和閥門(mén)的使用壽命。因此,密封面比壓也是非常重要的一個(gè)因素。在相同的條件下,比壓太大會(huì )引起閥門(mén)的損壞,但比壓太小酒會(huì )造成閥門(mén)泄漏。因此,需要我們在設計時(shí)要充分考慮到比壓的合適度。

    3介質(zhì)的物理性質(zhì)

    介質(zhì)的物理性質(zhì)也影響到閥門(mén)密封性能。這些物理性質(zhì)包括溫度,粘度和表面的親水性等。溫度變化不僅影響著(zhù)密封副的松弛度和零件尺寸的改變,還與氣體的粘度有著(zhù)密不可分的關(guān)系。氣體粘度隨著(zhù)溫度的升高或降低而增大或減小。因此,為了減少溫度對閥門(mén)密封性能的影響程度,我們在進(jìn)行密封副設計時(shí),要把其設計成彈性閥座等具有熱補償性的閥門(mén)。粘度與流體的滲透能力有關(guān)。當在相同條件下時(shí),粘度越大,流體的滲透能力就越小。表面的親水性是指在金屬表面有一層薄膜時(shí),要去掉這層薄膜。因為這層很薄的油膜,會(huì )破壞表面的親水性,導致堵塞流體的通道。

    4密封副的質(zhì)量

    密封副質(zhì)量主要是指我們要對材料的選擇,匹配,制造精度上進(jìn)行把關(guān)。比如,閥瓣與閥座密封面很吻合,能提高密封性。環(huán)向波紋度多的特點(diǎn),是其迷宮密封性能好。

    閥門(mén)泄露在生活、生產(chǎn)中十分普遍,輕則會(huì )造成浪費,或給生活帶來(lái)危險,如自來(lái)水閥門(mén)泄露,重則導致嚴重后果的發(fā)生,如化工行業(yè)的有毒、有害、易燃、易爆及腐蝕性介性質(zhì)的泄漏等,嚴重的威脅人身安全、財產(chǎn)安全和環(huán)境污染的事故。一臺依靠外力旋轉傳動(dòng)開(kāi)及關(guān)閉的閥門(mén)都設計有一個(gè)密封裝置既用在填料涵中裝上一定數量的填料密封圈,以至達到密封效果,但密封情況有如何呢?閥門(mén)的填料處泄漏是閥門(mén)中最容易出現泄漏故障的部位其一,但究其原因大致有二個(gè)方面的原因。

    3 閥門(mén)密封形式

    密封件在閥門(mén)中也是十分關(guān)鍵的部件。閥門(mén)的密封性能是指閥門(mén)各密封部位阻止介質(zhì)泄漏的能力,它是閥門(mén)最重要的技術(shù)性能指標。

    閥門(mén)的密封部位有三處:

    啟閉件與閥座兩密封面間的接觸處;填料與閥桿和填料函的配合處;閥體與閥蓋的連接處。其中前一處的泄漏叫做內漏,也就是通常所說(shuō)的關(guān)不嚴,它將影響閥門(mén)截斷介質(zhì)的能力。對于截斷閥類(lèi)來(lái)說(shuō),內漏是不允許的。后兩處的泄漏叫做外漏,即介質(zhì)從閥內泄漏到閥外。

    外漏會(huì )造成物料損失,污染環(huán)境,嚴重時(shí)還會(huì )造成事故。對于易燃易爆、有毒或有放射的介質(zhì),外漏更是不能允許的,因而閥門(mén)必須具有可靠的密封性能。

    如何解決密封問(wèn)題不成輕忽,閥門(mén)跑、冒、滴、漏現象,盡年夜部門(mén)發(fā)生這里。下面我們將計議閥門(mén)動(dòng)密封、靜密封問(wèn)題。

    1動(dòng)密封

    閥門(mén)動(dòng)密封,主指閥桿密封。不讓閥內介質(zhì)隨閥桿運動(dòng)而泄漏,是閥門(mén)動(dòng)密封中心課題。

    1)填料函形式

    閥門(mén)動(dòng)密封,以填料函為主。填料函基本形式是:

    (1)壓蓋式

    這是用最多形式。

    統一形式又能許多細節區分。例如,從壓緊螺栓來(lái)說(shuō),可分T形螺栓(用于壓力≤16千克/平方厘米低壓閥門(mén))、雙頭螺栓和活節螺栓等。從壓蓋來(lái)說(shuō),可分整體式和組合式。

    (2)壓緊螺母式

    這類(lèi)形式,外形尺寸小,但壓緊力受限制,只使用于小閥門(mén)。

    2)填料

    填料函內,以填料與閥桿直接接觸并布滿(mǎn)填料函,阻止介質(zhì)外漏。對填料有以下要求:

    (1)密封性好;

    (2)耐侵蝕;

    (3)磨擦系數??;

    (4)順應介質(zhì)溫度和壓力。

    經(jīng)常使用填料有:

    (1)石棉盤(pán)根:石棉盤(pán)根,耐溫文耐侵蝕性能都很好,但零丁使用時(shí),密封效果欠安,總是浸漬或附加其他材料。油浸石棉盤(pán)根:它基本結構形式有兩種,一種是扭制,另外一種是編結。又可分圓形和方形。

    (2)聚四氟乙烯編織盤(pán)根:將聚四氟乙烯細帶編織為盤(pán)根,有極好耐侵蝕性能,又可用于深冷介質(zhì)。

    (3)橡膠O形圈:低壓狀態(tài)下,密封效果優(yōu)秀。使用溫度受限制,如自然橡膠只能用于60℃。

    (4)塑料成型填料:一般做成三件式,也可做成其他外形。所用塑料以聚四氟乙烯為多。

    此外,例如,250℃蒸氣閥門(mén)中,用石棉盤(pán)根和鉛圈交替迭合,漏汽情況就會(huì )減輕;有閥門(mén),介質(zhì)經(jīng)常變換,如以石棉盤(pán)根和聚四氟乙烯生料帶配合使用,密封效果便好些。為減輕對閥桿磨擦,有場(chǎng)所,可以加二硫化鉬(M0S2)或其他潤滑劑。

    對新穎填料,正進(jìn)行著(zhù)索求。例如用聚丙烯腈纖維經(jīng)聚四氟乙烯乳液浸漬,又經(jīng)預氧化后,模具中燒結壓制,可以到密封性能優(yōu)良成型填料;又如用不銹鋼薄片與石棉制成波形填料,可耐高溫、高壓與侵蝕。

    3)波紋管密封

    化學(xué)工業(yè)和原子能工業(yè)迅速成長(cháng),易燃、易爆、劇毒和帶放射性物資增多,對閥門(mén)密封有了更嚴酷要求,有場(chǎng)所已沒(méi)法使用填料密封,發(fā)生了新密封形式-波紋管密封。這類(lèi)密封不需填料,也叫無(wú)填料密封。

    波紋管兩頭,與別零件焊死。當閥桿升降時(shí),波紋管伸縮,波紋管自己不漏,介質(zhì)便沒(méi)法泄出。為保險起見(jiàn),往往采用波紋管與填料兩重密封。

    2 靜密封

    什么是靜密封叫呢?

    靜密封通常是指兩個(gè)靜止面之間的密封。密封辦法主要是使用墊圈。

    1)墊圈材料

    (1)非金屬材料:如紙、麻、牛皮、石棉制品、塑料、橡膠等。

    紙、麻、牛皮之類(lèi),有毛細孔,易滲透,使用時(shí)須浸漬油、蠟或其他防滲透材料。一般閥門(mén)很少采用。

    石棉制品,又有石棉帶、繩、板和石棉橡膠板等。其中石棉橡膠板結構致密,耐壓性能好,耐溫性能也很好,閥門(mén)自己和閥門(mén)與管子法蘭毗連中,使用極為普遍。

    塑料制品,有很好耐侵蝕性能,使用也較普遍。品種有聚乙烯、聚丙烯、軟聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龍66、尼龍1010等。

    橡膠制品,質(zhì)柔軟,各類(lèi)橡膠劃分有一定耐酸、耐堿、耐油、耐海水能力。品種有自然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、異丁橡膠、聚氨酯橡膠、氟橡膠等。

    (2)金屬材料:一般說(shuō),金屬材料強度高,耐溫性能強。但鉛其實(shí)不這樣,僅取它耐稀硫酸特征。經(jīng)常使用品種有黃銅、紫銅、鋁、低碳鋼、不銹鋼、蒙乃爾合金、銀、鎳等。

    (3)復合材料:例如金屬包皮(內部石棉)墊圈、組合波形墊圈、環(huán)繞糾纏墊圈等。

    2)經(jīng)常使用墊圈性能

    使用閥門(mén)時(shí),往往具體情況,更換原帶墊圈。常有墊圈有:橡膠平墊圈、橡膠O形圈、塑料平墊圈、聚四氟乙烯包墊圈、石棉橡膠墊圈、金屬平墊圈、金屬異形墊圈、金屬包皮墊圈、波形墊圈、環(huán)繞糾纏墊圈等。

    (1)橡膠平墊圈:變形容易,壓緊時(shí)不艱苦,但耐壓、耐溫能力都較差,只用于壓力低、溫度不高方。自然橡膠有一定耐酸堿性能,使用溫度不宜跨越60℃;氯丁橡膠也能耐某些酸堿,使用溫度80℃;丁腈橡膠耐油,可用至80℃;氟橡膠耐侵蝕性能很好,耐溫性能也比一般橡膠強,可150℃介質(zhì)中使用。

    (2)橡膠O形墊圈:斷面外形是正圓,有一定自緊作用,密封效果比平墊圈好,壓緊力更小。

    (3)塑料平墊圈:塑料最年夜特點(diǎn)是耐侵蝕性好,年夜部門(mén)塑料耐溫性能欠好。聚四氟乙烯為塑料之冠,耐侵蝕性能優(yōu)良,耐溫范圍比力寬闊,可-180℃~+200℃之內持久使用。

    (4)聚四氟乙烯包墊圈:充實(shí)闡揚聚四氟乙烯優(yōu)點(diǎn),同時(shí)彌補它彈性較差錯誤謬誤,做成聚四氟乙烯包裹橡膠或石棉橡膠墊圈。這樣,既同聚四氟乙烯平墊圈一樣耐侵蝕,又有優(yōu)秀彈性,增強密封效果,減小壓緊力。

    (5)石棉橡膠墊圈:由石棉橡膠板剪成。它組分是60~80%石棉和10~20%橡膠,和填充劑、硫化劑等。它有很好耐熱性、耐冷性、化學(xué)穩定性,貨源豐碩,價(jià)格廉價(jià)。使用時(shí),壓緊力沒(méi)必要很年夜。它能粘附金屬,最好概況涂一層石墨粉,以免拆卸時(shí)費勁。

    (6)金屬平熱圈:鉛,耐溫100℃;鋁430℃;銅315℃;低碳鋼550℃;銀650℃;鎳810℃;蒙乃爾(鎳銅)合金810℃,不銹鋼870℃。其中鉛耐壓能力較差,鋁可耐64千克/平方厘米,其他材料可耐高壓。

    (7)金屬異性墊圈:

    透鏡墊圈:有自緊作用,使用于高壓閥門(mén)。

    橢圓形墊圈:也屬于高壓自緊墊圈。

    錐面雙墊圈:用于高壓內自慎密封。

    此外,還有方形、菱形、三角形、齒形、燕尾形、B形、C形等,一般只高中壓閥門(mén)中使用。

    (8)金屬包皮墊圈:金屬既有優(yōu)秀耐溫耐壓性能,又有優(yōu)秀彈性。包皮材料有鋁、銅、低碳鋼、不銹鋼、蒙乃爾合金等。里面填充材料有石棉、聚四氟乙烯、玻璃纖維等。

    (9)波形墊圈:具有壓緊力小,密封效果好特點(diǎn)。常采用金屬與非金屬組合形式。

    (10)環(huán)繞糾纏墊圈:是把很薄金屬帶和非金屬帶緊貼一起,環(huán)繞糾纏成多層圓形,斷面呈海浪狀,有很好彈性和密封性。金屬帶可用08鋼、0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、銅、鋁、鈦、蒙乃爾合金等建造。非金屬帶材料有石棉、聚四氟乙烯等。

    以上,講述密封墊圈性能時(shí),列舉了一些數字。必需說(shuō)明,這些數字跟法蘭形式、介質(zhì)情況和安裝修理技術(shù)等有緊密親密關(guān)系,可以跨越,達不到,耐壓和耐溫性能,也是相互轉化,例如溫度高了,耐壓能力往往下降,這些細微問(wèn)題,只能實(shí)踐中體味。

    4 閥門(mén)密封材料

    閥門(mén)密封材料是閥門(mén)密封的重要組成部分,它擔任閥門(mén)密封直接接觸的面。那閥門(mén)密封材料都有哪些呢,我們知道閥門(mén)密封圈材料有金屬和非金屬兩大類(lèi)。

    閥門(mén)密封材料是閥門(mén)密封的重要組成部分,它擔任閥門(mén)密封直接接觸的面。那閥門(mén)密封材料都有哪些呢,我們知道閥門(mén)密封圈材料有金屬和非金屬兩大類(lèi)。下面就簡(jiǎn)單介紹一下各類(lèi)密封材料的使用條件,以及常用的閥門(mén)類(lèi)型

    1 合成橡膠

    合成橡膠的耐油、耐溫、耐腐蝕等綜合性能優(yōu)于天然橡膠。一般合成橡膠的使用溫度t≤150℃,天然橡膠t≤60℃,橡膠用于公稱(chēng)壓力PN≤1MPa的截止閥、閘閥、隔膜閥、蝶閥、止回閥、夾管閥等閥門(mén)的密封。

    2 尼龍

    尼龍具有摩擦系數小、耐腐蝕性好等特點(diǎn)。尼龍多用于溫度t≤90℃、公稱(chēng)壓力PN≤32MPa的球閥、截止閥等。

    3 聚四氟乙烯

    聚四氟乙烯多用于溫度t≤232℃、公稱(chēng)壓力PN≤6.4MPa的截止閥、閘閥、球閥等。

    4 鑄鐵

    鑄鐵用于溫度t≤100℃、公稱(chēng)壓力PN≤1.6MPa、煤氣和油類(lèi)用的閘閥、截止閥、旋塞閥等。

    5 巴氏合金

    巴氏合金用于溫度t-70~150℃、公稱(chēng)壓力PN≤2.5MPa的氨用截止閥。

    6 銅合金

    銅合金常用材料有6-6-3錫青銅和58-2-2錳黃銅等。銅合金耐磨性好,適用于溫度t≤200℃、公稱(chēng)壓力PN≤1.6MPa的水和蒸汽中,常用于閘閥、截止閥、止回閥、旋塞閥等。

    7 鉻不銹鋼

    鉻不銹鋼常用牌號有2Cr13、3Cr13經(jīng)調質(zhì)處理,耐腐蝕性能好。常用于溫度t≤450℃、公稱(chēng)壓力PN≤32MPa的水、蒸汽和石油等介質(zhì)的閥門(mén)上。

    8 鉻鎳鈦不銹鋼

    鉻鎳鈦不銹鋼常用牌號為1Cr18Ni9ti,其耐腐性、耐沖蝕性和耐熱性能較好。適用于溫度t≤600℃、公稱(chēng)壓力PN≤6.4MPa的蒸汽、硝酸等介質(zhì)中,用于截止閥、球閥等。

    9 滲氮鋼

    滲氮鋼常用牌號是38CrMoAlA,經(jīng)滲碳處理,具有良好的耐腐蝕性和抗擦傷性。常用于溫度t≤540℃、公稱(chēng)壓力PN≤10MPa的電站閘閥。

    10 滲硼

    滲硼由閥體或閥瓣本體材料直接加工出密封面,再進(jìn)行滲硼表面處理,密封面耐磨性能很好。用于電站排污閥。