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(zhi)(zhi)閥(fa)(fa)在(zai)不同密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)型(xing)式下軸向(xiang)力的(de)計(ji)算及其確(que)定并(bing)加(jia)以論證,分(fen)析了超(chao)高壓截(jie)止(zhi)(zhi)閥(fa)(fa)的(de)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)機理和(he)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)面(mian)加(jia)工(gong)精度對截(jie)止(zhi)(zhi)閥(fa)(fa)軸向(xiang)力的(de)影響以及密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)副材料的(de)選用。
1、概述
超(chao)高壓(ya)截止閥(fa)密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)副材(cai)料(liao)通常為(wei)(wei)金屬(shu)對金屬(shu),為(wei)(wei)了使(shi)截止閥(fa)關(guan)閉(bi)時(shi)密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)嚴密(mi)(mi)(mi)(mi),必須提高密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)的加(jia)工精(jing)度和粗糙度等級,并且(qie)對密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)施加(jia)非(fei)(fei)常大的軸(zhou)向密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)力。然而(er),軸(zhou)向密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)力并非(fei)(fei)越大越好。有一種觀點認為(wei)(wei)超(chao)高壓(ya)截止閥(fa)(≥300MPa)應為(wei)(wei)塑(su)性(xing)法(fa)密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng),且(qie)大都采用錐(zhui)面(mian)(mian)線性(xing)密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)。所(suo)謂塑(su)性(xing)法(fa)密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng),就是密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)的密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)比壓(ya)等于密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)副軟材(cai)料(liao)的屈服極限,使(shi)結合面(mian)(mian)緊密(mi)(mi)(mi)(mi)接觸,利用軟材(cai)料(liao)的塑(su)變而(er)堵(du)塞硬件表面(mian)(mian)的不平(ping)處,形成近似理(li)想平(ping)面(mian)(mian),并產(chan)生等于軟材(cai)料(liao)屈服極限的反(fan)力而(er)保持(chi)密(mi)(mi)(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)。
2、軸向力分析
閥桿(gan)軸向(xiang)力(li)主要取決于密(mi)封(feng)(feng)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)總作用力(li),閥門設計(ji)中確定密(mi)封(feng)(feng)面(mian)總作用力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵參數是(shi)(shi)密(mi)封(feng)(feng)比壓(ya)。但(dan)是(shi)(shi)在(zai)超高壓(ya)截止閥的(de)(de)(de)(de)(de)錐面(mian)線(xian)密(mi)封(feng)(feng)情況(kuang)下,其軸向(xiang)力(li)Q在(zai)無介(jie)質(zhi)壓(ya)力(li)關(guan)閉(bi)時所(suo)產生的(de)(de)(de)(de)(de)密(mi)封(feng)(feng)比壓(ya)q是(shi)(shi)否可以大于密(mi)封(feng)(feng)副軟(ruan)材料的(de)(de)(de)(de)(de)屈服(fu)極(ji)限δs,在(zai)有介(jie)質(zhi)壓(ya)力(li)關(guan)閉(bi)時的(de)(de)(de)(de)(de)密(mi)封(feng)(feng)比壓(ya)q是(shi)(shi)否一定等(deng)于δs,本文(wen)將討(tao)論(lun)q的(de)(de)(de)(de)(de)合適值。
3、密封面粗糙度對軸向力的影(ying)響
根據只有當(dang)密封表面(mian)間的(de)(de)間隙(xi)(xi)小(xiao)于介質分(fen)子直徑(jing)時,才能保證(zheng)介質不滲(shen)漏(lou)(lou)的(de)(de)觀(guan)點,可以認(ren)為,防止流體(ti)滲(shen)漏(lou)(lou)的(de)(de)間隙(xi)(xi)值(zhi)必須小(xiao)至0.003μm。但(dan)是,即使(shi)經過精(jing)研(yan),金(jin)屬表面(mian)上的(de)(de)凸峰高度仍然超過0.05μm,要達到理想平面(mian),就必須對接觸面(mian)施(shi)加一定的(de)(de)力,這個力的(de)(de)大小(xiao)與密封副軟材(cai)料的(de)(de)σs及(ji)密封面(mian)的(de)(de)粗糙度有關。
當密(mi)封面(mian)上(shang)的(de)比(bi)壓q<40MPa時,密(mi)封面(mian)的(de)質量(liang)(liang)(liang)起著(zhu)決定作用。例(li)如在(zai)q=65MPa時,隨著(zhu)粗(cu)糙度(du)等(deng)級(ji)的(de)越(yue)來越(yue)高,滲(shen)透量(liang)(liang)(liang)迅速(su)減小,也(ye)就是說在(zai)q<40MPa時,在(zai)同樣(yang)一(yi)個(ge)滲(shen)漏量(liang)(liang)(liang)等(deng)級(ji),粗(cu)糙度(du)愈(yu)高所(suo)需要的(de)q愈(yu)小,其軸向力越(yue)小。
但(dan)對于(yu)(yu)(yu)σs>900MPa密(mi)(mi)封(feng)副(fu)材料,在用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)300MPa等級的(de)(de)(de)超高(gao)壓閥(fa)(fa)(fa)時,除了(le)從線彈性斷(duan)裂(lie)力(li)學觀點出發,[σ]從強度(du)要(yao)(yao)求考慮(lv),Ra0.05μm以上(shang),還要(yao)(yao)從密(mi)(mi)封(feng)機理(li)上(shang)考慮(lv)。因(yin)(yin)(yin)此,對于(yu)(yu)(yu)σs為900MPa的(de)(de)(de)超高(gao)壓截止閥(fa)(fa)(fa)用(yong)(yong)密(mi)(mi)封(feng)副(fu),其(qi)密(mi)(mi)封(feng)面(mian)(mian)粗(cu)糙度(du)必(bi)須(xu)在Ra0.05μm以上(shang)。而(er)對于(yu)(yu)(yu)經(jing)HIP處理(li)的(de)(de)(de)WC硬(ying)質合金(jin)密(mi)(mi)封(feng)副(fu)來(lai)(lai)說,由于(yu)(yu)(yu)其(qi)性質較(jiao)脆(cui),要(yao)(yao)增(zeng)大密(mi)(mi)封(feng)面(mian)(mian)上(shang)的(de)(de)(de)比壓來(lai)(lai)壓縮密(mi)(mi)封(feng)面(mian)(mian)上(shang)的(de)(de)(de)波(bo)峰,就(jiu)會使(shi)軸向力(li)增(zeng)加很大,而(er)且會使(shi)密(mi)(mi)封(feng)副(fu)產生斷(duan)裂(lie),(在Fisher公(gong)司閥(fa)(fa)(fa)門(men)的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)中(zhong),就(jiu)有(you)因(yin)(yin)(yin)軸向力(li)調整不當而(er)引起閥(fa)(fa)(fa)座斷(duan)裂(lie)的(de)(de)(de)例子),因(yin)(yin)(yin)此,其(qi)密(mi)(mi)封(feng)面(mian)(mian)上(shang)粗(cu)糙度(du)必(bi)須(xu)高(gao)于(yu)(yu)(yu)Ra0105μm。只有(you)在這個范圍內,才能(neng)使(shi)用(yong)(yong)式(13)的(de)(de)(de)軸向力(li)計算(suan)式。
4、結(jie)語
超高(gao)壓截止閥(fa)(fa)的密(mi)封機理分(fen)狹面彈塑(su)性密(mi)封和線(xian)密(mi)封兩種型式(shi)。由于閥(fa)(fa)座(或閥(fa)(fa)瓣(ban))密(mi)封面塑(su)性變形后(hou)的表(biao)面冷作硬(ying)(ying)化現(xian)象,所以(yi)(yi)軸向力的增加(jia)與閥(fa)(fa)座密(mi)封面寬度(du)(du)的增加(jia)并不成正比關(guan)系。口徑1/2in.(15mm)以(yi)(yi)上超高(gao)壓閥(fa)(fa)的密(mi)封副材料(liao)以(yi)(yi)采用HIP處理的WC硬(ying)(ying)質合(he)金為(wei)宜,密(mi)封面必須有很高(gao)的粗(cu)糙度(du)(du)等(deng)級,而軸向力計算公式(shi)具有一(yi)定的使用范圍。
