超高壓截止閥閥桿軸向密封力的分析
闡述了超(chao)高壓截(jie)止閥在不同密(mi)封(feng)型式下(xia)軸(zhou)向力的計算(suan)及其確定并(bing)加以論證,分析了超(chao)高壓截(jie)止閥的密(mi)封(feng)機理和密(mi)封(feng)面加工精度(du)對截(jie)止閥軸(zhou)向力的影(ying)響以及密(mi)封(feng)副材料的選用。
1、概(gai)述
超(chao)高(gao)壓(ya)截(jie)止閥密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)副(fu)材料(liao)(liao)(liao)通常為(wei)(wei)金屬對金屬,為(wei)(wei)了使截(jie)止閥關閉時密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)嚴密(mi)(mi),必(bi)須提高(gao)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)面的加(jia)工精度和粗糙度等(deng)級,并(bing)且對密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)面施加(jia)非常大的軸(zhou)向密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)力。然而,軸(zhou)向密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)力并(bing)非越(yue)(yue)大越(yue)(yue)好(hao)。有一(yi)種(zhong)觀點認(ren)為(wei)(wei)超(chao)高(gao)壓(ya)截(jie)止閥(≥300MPa)應為(wei)(wei)塑(su)性法(fa)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng),且大都采用(yong)錐面線性密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)。所謂(wei)塑(su)性法(fa)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng),就是密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)面的密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)比壓(ya)等(deng)于(yu)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)副(fu)軟材料(liao)(liao)(liao)的屈(qu)服極限,使結(jie)合面緊密(mi)(mi)接觸(chu),利用(yong)軟材料(liao)(liao)(liao)的塑(su)變(bian)而堵(du)塞硬(ying)件表面的不平處,形成近(jin)似理想(xiang)平面,并(bing)產生等(deng)于(yu)軟材料(liao)(liao)(liao)屈(qu)服極限的反力而保持密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)。
2、軸向力分析
閥桿軸向力(li)(li)主要取決于(yu)密(mi)封(feng)面(mian)的(de)(de)(de)總作用(yong)力(li)(li),閥門設計中確定(ding)密(mi)封(feng)面(mian)總作用(yong)力(li)(li)的(de)(de)(de)關(guan)鍵參數(shu)是密(mi)封(feng)比壓(ya)。但是在超高壓(ya)截止閥的(de)(de)(de)錐(zhui)面(mian)線密(mi)封(feng)情況(kuang)下(xia),其軸向力(li)(li)Q在無(wu)介(jie)質壓(ya)力(li)(li)關(guan)閉時(shi)所產生的(de)(de)(de)密(mi)封(feng)比壓(ya)q是否(fou)可以大于(yu)密(mi)封(feng)副(fu)軟材料的(de)(de)(de)屈服(fu)極限δs,在有介(jie)質壓(ya)力(li)(li)關(guan)閉時(shi)的(de)(de)(de)密(mi)封(feng)比壓(ya)q是否(fou)一定(ding)等于(yu)δs,本文(wen)將討(tao)論(lun)q的(de)(de)(de)合適值。
3、密封面粗糙(cao)度對軸(zhou)向力的影響
根據只有當密(mi)(mi)封(feng)表面(mian)間的(de)(de)間隙小于介質(zhi)分子直徑(jing)時,才能保證介質(zhi)不滲(shen)漏的(de)(de)觀點,可以認為,防止流體滲(shen)漏的(de)(de)間隙值(zhi)必須(xu)小至(zhi)0.003μm。但是(shi),即使經過(guo)精(jing)研,金屬表面(mian)上(shang)的(de)(de)凸(tu)峰高度仍然(ran)超過(guo)0.05μm,要達到理想平(ping)面(mian),就(jiu)必須(xu)對接觸面(mian)施加一定的(de)(de)力,這個力的(de)(de)大小與密(mi)(mi)封(feng)副軟材料(liao)的(de)(de)σs及密(mi)(mi)封(feng)面(mian)的(de)(de)粗(cu)糙度有關。
當密封面上的(de)比壓q<40MPa時,密封面的(de)質量(liang)起著(zhu)決定作用。例(li)如在(zai)q=65MPa時,隨著(zhu)粗糙(cao)度等級的(de)越(yue)來越(yue)高,滲透量(liang)迅速(su)減(jian)小(xiao)(xiao),也(ye)就是說在(zai)q<40MPa時,在(zai)同樣一個滲漏量(liang)等級,粗糙(cao)度愈高所需要的(de)q愈小(xiao)(xiao),其軸(zhou)向力越(yue)小(xiao)(xiao)。
但對(dui)于(yu)σs>900MPa密(mi)封(feng)副(fu)(fu)材(cai)料,在(zai)(zai)用于(yu)300MPa等級的(de)超高壓(ya)(ya)閥(fa)時,除了(le)從線彈性斷(duan)裂(lie)力學觀點出(chu)發,[σ]從強度要(yao)求考慮,Ra0.05μm以(yi)上,還要(yao)從密(mi)封(feng)機理上考慮。因(yin)此,對(dui)于(yu)σs為900MPa的(de)超高壓(ya)(ya)截止閥(fa)用密(mi)封(feng)副(fu)(fu),其密(mi)封(feng)面(mian)(mian)粗(cu)糙度必(bi)須在(zai)(zai)Ra0.05μm以(yi)上。而對(dui)于(yu)經HIP處理的(de)WC硬質合金密(mi)封(feng)副(fu)(fu)來說,由(you)于(yu)其性質較脆,要(yao)增大密(mi)封(feng)面(mian)(mian)上的(de)比壓(ya)(ya)來壓(ya)(ya)縮密(mi)封(feng)面(mian)(mian)上的(de)波峰(feng),就會使(shi)軸向(xiang)力增加很大,而且會使(shi)密(mi)封(feng)副(fu)(fu)產(chan)生(sheng)斷(duan)裂(lie),(在(zai)(zai)Fisher公司(si)閥(fa)門的(de)使(shi)用中,就有因(yin)軸向(xiang)力調整不當(dang)而引起閥(fa)座斷(duan)裂(lie)的(de)例(li)子(zi)),因(yin)此,其密(mi)封(feng)面(mian)(mian)上粗(cu)糙度必(bi)須高于(yu)Ra0105μm。只有在(zai)(zai)這個范(fan)圍(wei)內,才能使(shi)用式(13)的(de)軸向(xiang)力計(ji)算式。
4、結語(yu)
超(chao)高(gao)壓截(jie)止閥(fa)(fa)的(de)密(mi)封(feng)(feng)(feng)機理分狹面(mian)彈塑性密(mi)封(feng)(feng)(feng)和線密(mi)封(feng)(feng)(feng)兩種型式。由于閥(fa)(fa)座(zuo)(zuo)(或閥(fa)(fa)瓣)密(mi)封(feng)(feng)(feng)面(mian)塑性變(bian)形后的(de)表面(mian)冷作硬化現(xian)象,所以(yi)軸(zhou)向(xiang)力(li)的(de)增加(jia)與(yu)閥(fa)(fa)座(zuo)(zuo)密(mi)封(feng)(feng)(feng)面(mian)寬度(du)的(de)增加(jia)并(bing)不(bu)成正比關(guan)系。口徑1/2in.(15mm)以(yi)上超(chao)高(gao)壓閥(fa)(fa)的(de)密(mi)封(feng)(feng)(feng)副材料(liao)以(yi)采用HIP處理的(de)WC硬質合金(jin)為宜(yi),密(mi)封(feng)(feng)(feng)面(mian)必(bi)須有(you)很(hen)高(gao)的(de)粗(cu)糙度(du)等(deng)級(ji),而軸(zhou)向(xiang)力(li)計(ji)算公式具有(you)一定的(de)使用范(fan)圍。
