阀杆填料密封结构的分析与研究

任何阀门都不允许有外漏现象,而外漏的主要途径之一是介质从阀杆处外泄,为防止上述情况.的发生,一般采用填料密封,即在阀杆处用填料函密封,如图1所示。

                                 

                              其密封原则是根据使用工况,填料4在压盖2的压力作用下,产生一定的径向力,使其紧密与阀杆1阀盖3接触,从而防止液体气体等介质外泄。

                                  1 填料密封主密封压力的计算

                                 

                              如上所述,通过拧紧压盖2上的螺栓,对填料函(即阀盖)3内的填料4进行压缩,填料的塑性使其产生径向力,并与阀杆1紧密接触。同时,填料中添加的润滑剂被挤出,在接触面间形成油膜。由压力分布示意图接触状态不均匀,接触部位出现边界润滑状态,未接触的凹部形成小油槽,有较厚的油膜。当阀杆1与填料4有相对运动时,接触部位与不接触部位组成了不规则迷宫,阻止了介质的泄漏

                                 

                              为保证填料密封的可靠性,必须保证填料对阀杆的径向压力,即主密封压力。根椐填料密封时的压力分布理论分析和各种填料设计性能测试,得出填料的径向压力,即主密封压力计算式:

                                 

                              式中Pr为填料径向压力(MPa)P0为填料压盖处轴向压力(MPa);K为填料压力比(又称应力数);d1为阀杆直径(mm);d0为填料函孔径(mm);s为填料深度(mm);μ1为填料与阀杆间的动摩擦因数;μ2为填料与填料函间的静摩擦因数。

                                 

                              填料压力比是填料径向压力与轴向压力之比,是确定填料度的一个重要因素。应力系数K取决于轴向压力,如图2所示。

                              .   

                              填料密封时的压力分布情况如图1所示,可见,填料最大径向压力Prmax在填料4与压盖2接触处,随着填料4高度的增加,径向压力Pr按指数规律降低,所以最小径向应力Prmin在填料4与垫片5接触处。为避免此处发生泄漏,根椐式(1),计算得到Prmin,该应大于等于阀门内部介质压力Pi。

                                  2 填料密封分析

                                  对填料密封的有效密封条件是采用适当的填料函形式和填料,分述如下。

                                  2.1 填料的选择

                                 

                              对填料的要求是要有一定的塑性,在轴向压力的作用下能产生一定的径向压力,要有抵抗温度变化的能力,有抗蠕变,抗松驰等能力。此外,还要有足够的化学稳定性,抗氧化能力,不污染介质,不被介质泡涨,不腐蚀阀杆,摩擦因数小。且在阀杆有少量偏心时,填料应有足够的浮动弹性。填料本身应制造简单,填装方便。目前使用的填料一般有石棉石墨填料、柔性石墨填料和聚四氟乙烯填料。其特性应用场合见1。

                                  2 2 填料密封中摩擦力的影响

                                 

                              据主密封压力公式(1),如果μ1+μ2(d0/d1)=0,则填料顶部施加的轴向压力P0能均匀地传递到整个填料深度而没有任何衰减。但由于摩擦的存在,径向压力Pr随着与压盖2距离的增加而减小。摩擦越大,径向应力Pr衰减得越厉害,所以摩擦因数μ1和μ2应尽可能小。此外,d0/d1大于1,所以在减小应力衰减的作用上,μ2比μ1更重要。

                                 

                              阀杆1表面和阀盖3内孔表面粗糙度对阀杆处的密封和磨损至关重要。阀杆1与阀盖3内孔的表面粗糙度应尽可能小,一般阀杆表面Ra≤0.8μm,阀盖3内孔Ra≤1.6μm。

                                  2.3 填料函内孔直径与填料截面宽度

                                 

                              根据填料密封主密封压力方<

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