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化工閥門密封面上的比壓計算
點擊次數:2722      更新時間:2018-06-10

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日標不銹鋼截止閥標準,現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行計算的,通常,設計人員是根據產品的用途來確定啟閉件的結構和密封面尺寸,當計算啟閉件力時,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、材料及介質工作壓力,為了確定能夠保證密封的比壓值,曾進行了大量的研究工作,但是由于研究結果差異很大,因此,還不能編制一個統一的規范。
    有曾經做過用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)。
    當密封面寬度>0 Smm時,具有如下關系式:
    以上關系式明顯地表明,當密封面寬時,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果示于圖7_5。


    化工閥門密封面上的比壓計算分析結果可以得出以下結論:
    ①每個試樣都具有一定的關系式,即g。=,(g.p)。
    ②對數座標七各種不同p值時,的函數為直線,可以用下列關系式表示:
式中g,——當壓力為p時,此瞬間空氣的滲漏量;
    q,a-q值很小時,介質zui初泄漏量;
    q-在給定的瞬間作用的比壓;
    m——該試驗的常數,與試樣的材料和表面狀況有關。
    只有12 Cr18 Ni9試件的變化不符合上述規律性,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,發現了如下由介質本身產生的密封比壓值的變化規律,如圖7_6所示。
    當介質壓力p增加時,比壓q按黑體曲線增長。在到達g。。之前,試驗數據非常分散(劃細實線的面積)。當到達臨介比壓q。。時,表面的微觀不平度及其他缺陷達到相互壓乎的程度,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,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,比壓值應按規定的Ⅱ一Ⅱ線選取,它考慮了安全系數,當壓力接近零時,比壓不應小于qmi.。
  在計算介質作用力Fvu時,采用密封面的平均直徑D,如果這樣,則認為有介質作用的密封面面積上沒有比壓作用,如果介質壓力分布在直徑D。。范圍內,那么力Fnu仍在一半面積內傳遞,使半面直接接觸。這個假設具有重要意義,不過虛考慮到,密封面之間介質滲透面積的輪廓具有很復雜的形式,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,主要依賴于實驗數據。若減少密封面的接觸面積,必然相應地增加比壓。
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,考慮介質壓力對比壓值的影響系數;鑄鐵、青銅、黃銅
    K=1:鋼、硬質合金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。,的一些數據。


    應用該公式時,應注意:
    ①所示數據適用于平面密封。
    ②密封面經過精磨,表面粗糙度達到可。在工業凈水或其他不含污物硬雜質的液體介質中工作時,所示數據可保證密封(汽油和煤油除外)。
    ③當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構,并經過精研的密封面(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,按某些數據,水的溫度從15℃增加到IOO℃時比壓就需增加l倍。
    (D表內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、常變換的氫和氮及其他極其重要介質的一級密封閥門中,上述比壓值建議增大1.8倍。
    ⑨介質中其他雜質對比壓值的影響難以準確估計,因為這些影響取決于物理特性、尺寸及介質污穢的程度。
    由于手動操作或者閥門關閉后介質壓力的變化,密封面上經常會產生比壓值顯著超過g。,的現象,所以,在設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p角較小時,溫度變化會引起閥瓣被卡死現象,當閥座直徑較大和作用力大時,楔子的作用力可以導致鑲嵌的閥座產生變形。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。與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥