超高壓截止閥閥桿軸向密封力的分析
闡述(shu)了超高(gao)壓截(jie)止閥(fa)在不同密(mi)封(feng)型(xing)式下軸向(xiang)力的計(ji)算及其確定并加以(yi)論(lun)證,分(fen)析了超高(gao)壓截(jie)止閥(fa)的密(mi)封(feng)機理和(he)密(mi)封(feng)面加工精度對(dui)截(jie)止閥(fa)軸向(xiang)力的影(ying)響(xiang)以(yi)及密(mi)封(feng)副材料的選用。
1、概述
超高壓截(jie)止閥密(mi)封(feng)(feng)副材(cai)(cai)料(liao)通(tong)常為(wei)金屬(shu)對(dui)金屬(shu),為(wei)了使截(jie)止閥關(guan)閉時(shi)密(mi)封(feng)(feng)嚴密(mi),必須提高密(mi)封(feng)(feng)面(mian)的加工精度(du)和粗糙度(du)等級,并(bing)且對(dui)密(mi)封(feng)(feng)面(mian)施加非常大的軸向密(mi)封(feng)(feng)力。然而(er)(er),軸向密(mi)封(feng)(feng)力并(bing)非越(yue)大越(yue)好。有一種觀點(dian)認為(wei)超高壓截(jie)止閥(≥300MPa)應為(wei)塑(su)性(xing)法密(mi)封(feng)(feng),且大都采用(yong)錐(zhui)面(mian)線(xian)性(xing)密(mi)封(feng)(feng)。所謂(wei)塑(su)性(xing)法密(mi)封(feng)(feng),就是密(mi)封(feng)(feng)面(mian)的密(mi)封(feng)(feng)比壓等于(yu)密(mi)封(feng)(feng)副軟(ruan)(ruan)材(cai)(cai)料(liao)的屈(qu)服極(ji)限,使結(jie)合面(mian)緊密(mi)接觸,利(li)用(yong)軟(ruan)(ruan)材(cai)(cai)料(liao)的塑(su)變而(er)(er)堵塞硬(ying)件表面(mian)的不(bu)平(ping)處(chu),形成近(jin)似理想平(ping)面(mian),并(bing)產生等于(yu)軟(ruan)(ruan)材(cai)(cai)料(liao)屈(qu)服極(ji)限的反力而(er)(er)保持密(mi)封(feng)(feng)。
2、軸向(xiang)力分析
閥桿軸向力(li)主(zhu)要取決于密封(feng)(feng)面的總(zong)作用(yong)力(li),閥門設計中確定密封(feng)(feng)面總(zong)作用(yong)力(li)的關(guan)鍵參數是(shi)密封(feng)(feng)比(bi)壓。但(dan)是(shi)在超高壓截止閥的錐面線密封(feng)(feng)情況(kuang)下,其軸向力(li)Q在無介質(zhi)壓力(li)關(guan)閉時(shi)所產生的密封(feng)(feng)比(bi)壓q是(shi)否(fou)可以大于密封(feng)(feng)副軟材料(liao)的屈(qu)服極限(xian)δs,在有介質(zhi)壓力(li)關(guan)閉時(shi)的密封(feng)(feng)比(bi)壓q是(shi)否(fou)一定等于δs,本(ben)文將討(tao)論q的合適值。
3、密封面粗糙度對(dui)軸向力的(de)影響
根(gen)據只有當(dang)密封表(biao)面(mian)間的間隙(xi)小(xiao)(xiao)于介(jie)質(zhi)分子直(zhi)徑時(shi),才(cai)能保證介(jie)質(zhi)不滲漏的觀點(dian),可以認為(wei),防止流體(ti)滲漏的間隙(xi)值必須小(xiao)(xiao)至0.003μm。但是(shi),即使(shi)經過(guo)精研,金屬表(biao)面(mian)上(shang)的凸峰高度仍然超過(guo)0.05μm,要達到理想平面(mian),就(jiu)必須對接觸面(mian)施加一定的力(li),這個力(li)的大小(xiao)(xiao)與密封副軟材料的σs及密封面(mian)的粗糙度有關。
當密封面上的比壓q<40MPa時(shi),密封面的質量起著決定作(zuo)用。例如在q=65MPa時(shi),隨著粗糙(cao)度等(deng)級(ji)的越(yue)來越(yue)高,滲透量迅速減小,也就(jiu)是(shi)說(shuo)在q<40MPa時(shi),在同(tong)樣一個滲漏量等(deng)級(ji),粗糙(cao)度愈高所需要的q愈小,其軸(zhou)向力越(yue)小。
但對(dui)于(yu)σs>900MPa密封(feng)(feng)副(fu)材料,在用于(yu)300MPa等級的(de)超高壓(ya)閥(fa)時,除(chu)了從線彈性斷裂(lie)力(li)學觀點出發,[σ]從強度(du)要求(qiu)考慮,Ra0.05μm以(yi)上(shang),還要從密封(feng)(feng)機理上(shang)考慮。因(yin)此(ci)(ci),對(dui)于(yu)σs為900MPa的(de)超高壓(ya)截止閥(fa)用密封(feng)(feng)副(fu),其密封(feng)(feng)面(mian)(mian)粗糙度(du)必須(xu)在Ra0.05μm以(yi)上(shang)。而(er)對(dui)于(yu)經HIP處理的(de)WC硬質合金密封(feng)(feng)副(fu)來(lai)說,由于(yu)其性質較脆,要增大密封(feng)(feng)面(mian)(mian)上(shang)的(de)比壓(ya)來(lai)壓(ya)縮密封(feng)(feng)面(mian)(mian)上(shang)的(de)波峰,就(jiu)會使軸向力(li)增加很大,而(er)且會使密封(feng)(feng)副(fu)產生(sheng)斷裂(lie),(在Fisher公司閥(fa)門的(de)使用中,就(jiu)有(you)(you)因(yin)軸向力(li)調(diao)整不當而(er)引(yin)起閥(fa)座斷裂(lie)的(de)例子),因(yin)此(ci)(ci),其密封(feng)(feng)面(mian)(mian)上(shang)粗糙度(du)必須(xu)高于(yu)Ra0105μm。只有(you)(you)在這個(ge)范圍內,才能使用式(13)的(de)軸向力(li)計算(suan)式。
4、結語
超高(gao)壓截止閥的(de)密(mi)(mi)封(feng)(feng)機理分狹面彈塑性密(mi)(mi)封(feng)(feng)和線密(mi)(mi)封(feng)(feng)兩種型(xing)式。由于閥座(zuo)(或(huo)閥瓣)密(mi)(mi)封(feng)(feng)面塑性變形后的(de)表面冷(leng)作硬化現(xian)象,所以軸(zhou)向力(li)的(de)增加(jia)與閥座(zuo)密(mi)(mi)封(feng)(feng)面寬度的(de)增加(jia)并不成(cheng)正比關系。口徑1/2in.(15mm)以上超高(gao)壓閥的(de)密(mi)(mi)封(feng)(feng)副材料(liao)以采用HIP處(chu)理的(de)WC硬質合(he)金為宜,密(mi)(mi)封(feng)(feng)面必須有很高(gao)的(de)粗糙度等級(ji),而軸(zhou)向力(li)計(ji)算公式具有一定的(de)使用范圍。
