1、內(nèi)容介紹：

在現(xiàn)代動(dòng)力工廠電通過控制閥門的壓力降越來越高，使閥門在各種嚴(yán)峻工況下。長期存在的泄漏問題越來越受到人們的關(guān)注，流體控制閥門的姆溫礦造成的經(jīng)濟(jì)損失很大，它不僅造成能源的浪費(fèi)，更重要的是由于泄。漏會(huì)引起密封表面的溝蝕和產(chǎn)生渦穴，并由此引起閥很快失效和損壞。使整個(gè)生產(chǎn)過程中斷。

本文介紹一種無泄漏閥門的使用范例。這是在進(jìn)給泵的循環(huán)系統(tǒng)中使用的，該閥在整個(gè)使用過程是處于關(guān)閉狀態(tài)，通過閥門的壓力降很大。閥門在這種工況條件下，如果閥座產(chǎn)生泄漏，就會(huì)出現(xiàn)一條泄道。當(dāng)閥門密封內(nèi)件表面出現(xiàn)這種泄道時(shí)，由于閥門前后的壓力降很大，流體就會(huì)從高的流速?zèng)_刷閥座表面。即使泄漏通道相當(dāng)微小，也會(huì)由于流體高速?zèng)_刷而產(chǎn)生激烈磨蝕，使密封表面很快地出現(xiàn)蝕溝、造成閥門功能失效。

在現(xiàn)代工廠中，由于單進(jìn)給泵再循環(huán)系統(tǒng)的閥門泄漏所造成的能量損失是相各可觀的，大約每釋能浪費(fèi)100，600美元，如果再將因閥門報(bào)廢而形成的停工維修帶來的損失考慮進(jìn)去，則會(huì)大大超過這個(gè)數(shù)值。

人們發(fā)現(xiàn)金屬閥座的閥門已經(jīng)不能適應(yīng)這種使用要求，而過去采用的軟密封閥座也只能有效地被用在少數(shù)的情況，這主要是受到密封材料本身的限制和軟閥座在流體中沖刷作用下難以定位的影響。

為解決這方面的難題，近些年來人們在軟密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了很多努力，也取得了一些進(jìn)展和成功。現(xiàn)將一種新穎的能保證關(guān)閉性能的軟密封內(nèi)件結(jié)構(gòu)介紹如下，它能在閥門長期使用中保證泄漏量為零。

2、金屬閥座的使用情況：

當(dāng)前在閥座密封方面有兩種常用的方法：金屬對金屬和金屬對軟材料閥座的密封。

金屬閥座的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是在密封塞體和閥座之間采用不同的角度來實(shí)現(xiàn)線接觸密封的。采用這種方法時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置的推力是作用在一個(gè)很小的窄條上，因此在閥座上所產(chǎn)生的應(yīng)力也只是作用在很小的面積上，其局部應(yīng)力值很大。從圖2中還可以看到，閥座接觸表面的微觀結(jié)構(gòu)中存在著許多各式各樣的凸峰和凹溝，為了實(shí)現(xiàn)關(guān)閉時(shí)閥座完全不泄漏，其關(guān)閉力必須很大，以足夠使那些凸峰部位壓入到閥座表面里去，只有這樣才能保證塞體四周各部位形式完全密封接觸。這種密封接觸方式雖然能夠做到，但要想保證在幾次重復(fù)關(guān)閉中都能實(shí)現(xiàn)可靠的密封是不可能的。如果一旦出現(xiàn)了泄漏，則很快就會(huì)在密封面上發(fā)生蝕溝和渦穴現(xiàn)象，特別是在閥門用在壓力降很大的情況下，這種現(xiàn)象更會(huì)很快出現(xiàn)。

雖然采用硬質(zhì)合金或．其它硬金屬閥座能夠具有良好的耐沖蝕能力，但在壓力降為l25巴的工況下，要想找到這種能保證不泄漏的金屬材料是不可能的。

從另外一方面看，要想做到一點(diǎn)不泄漏，必須要使關(guān)閉賽體和閥座的配合十分理想，這也是辦不到的，因?yàn)槟壳暗臋C(jī)械加工能力不能制造出這樣的理想表面。

當(dāng)前，金屬對金屬密封的閥座結(jié)構(gòu)應(yīng)用十分廣泛，而且大多數(shù)都能獲得滿意效果。但是把這種密封副結(jié)構(gòu)是用在壓力差很大的場合時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)眾多問題。其主要的一點(diǎn)是，這種工況使用條件下，必須要符合ANSIB16.104種關(guān)于6級(jí)泄漏標(biāo)準(zhǔn)要求，而金屬密封副對于這樣的標(biāo)準(zhǔn)是很難達(dá)到的。（參見附錄A中的允許泄漏率，該泄漏率是上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的）正是基于這種原因，使得閥門制造廠家開始轉(zhuǎn)向?qū)椥攒洸牧详P(guān)注，相繼研究出一些不同材質(zhì)的閥座蜜豐富，他們可以滿足在較高壓力降下的泄漏要求和壽命。

附錄A：

根據(jù)ANSIB.16.104的規(guī)定，通過閥門密封內(nèi)件時(shí)所允許的*大泄漏率為：

試驗(yàn)條件：試驗(yàn)介質(zhì)：空氣或氮?dú)?br> 溫度：10—52℃
壓力：介質(zhì)的公稱壓力或3.5巴

3、早期的軟閥座結(jié)構(gòu)

所謂軟閥座結(jié)構(gòu)是將彈性材料與關(guān)閉件做密封配合。(如圖3所示)當(dāng)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，塞體的凸起表面嵌入到彈性材料中，該處的彈性材料貝V變形包，圍住塞體表面，由此來確保嚴(yán)緊的密封效果。同時(shí)對于閥桿也不致于受到過大的推力，由此可見閥門在關(guān)閉時(shí)僅僅用適當(dāng)?shù)牧涂梢源_保密封，而彈性材料本身也能夠持久地支承住這個(gè)關(guān)閉力。這一點(diǎn)對于開啟長期處于關(guān)閉的閥門特別有意義。

由于軟傭座表面不是發(fā)生長久性變形、所以能保證塞體和閻座多次重復(fù)啟閉時(shí)的密封性。此外又因?yàn)閺椥圆牧系拈y座能夠修正密封副在同心度方面的較小偏差，所以對于閥座和塞體的制造位置精度要求可以較低。

但是，這種形式的軟閥座結(jié)構(gòu)也有一些弊端，首先奉難于限定關(guān)閉力的大小，即使當(dāng)關(guān)閉件接觸到彈性閥座時(shí)，關(guān)閉動(dòng)作也不能適當(dāng)停止，因而角彈性材料容易出現(xiàn)長久性變形，尤其是當(dāng)閥門長期處于關(guān)閉時(shí)，由于閥座長期受到過載壓力而使其出現(xiàn)長久變形，守且開啟后再關(guān)閉財(cái)就容易失效。

其次，，在閥門開啟過程中，由于閥座*外層表面起刻節(jié)流作用，而此時(shí)軟閥座要承受得大的壓力降，使得閥門在剛一打開的短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)介質(zhì)的高速流動(dòng)，這將對閥座表面產(chǎn)生沖蝕，造成軟閥座表面的迅速破壞。

早期研制使用的這種軟閥座結(jié)構(gòu)廣在現(xiàn)代工廠中的一般工況下，僅僅能維持幾次開關(guān)，而且也只限于使用在50毫米口徑以下和壓力降小于175巴的情況。對于口徑和壓力降大于上述參數(shù)的條件下，是會(huì)很快發(fā)生問題的，較大口徑的閥座往往很快出現(xiàn)溝蝕，并且由于高流速和大流量的原因還會(huì)造成閥座嵌入部位的脫離，而使整個(gè)閥座損壞。

4、自激式軟閥座結(jié)構(gòu)

隨著動(dòng)密封技術(shù)和所用材料的不斷發(fā)展，人們也試圖將這些技術(shù)和材料應(yīng)用在閥門密封內(nèi)件上，實(shí)即證明在有些場合下對于壓力于衡和穿閥座的應(yīng)用方面疇實(shí)得到了成功。

圖4為自激式密封內(nèi)件的典型結(jié)構(gòu)，它是一種軟閥座的平衡式單閥座。在這種結(jié)的設(shè)計(jì)中是用一種彈性密封座來代替支承套中的金屬閥座，并在其中安置了一個(gè)支承彈簧。其工作原理是這樣的：當(dāng)在閥體內(nèi)腔表面有壓力作用時(shí)，密封閥座膨脹，使其與殼體和塞體底部接觸，這樣就可從利用閥體內(nèi)部介質(zhì)的壓力實(shí)現(xiàn)自激密封。從圖4可以明顯看出，彈簧是U形嵌入在軟閥座之內(nèi)的，在其受內(nèi)壓作用撐開時(shí)，可使閥座與內(nèi)體，塞體緊緊相連，并實(shí)現(xiàn)6級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)密封。這種U形的彈簧密封閥座不僅能提供—定的初始密封力，而且當(dāng)閥門開啟時(shí)內(nèi)座的外緣能夠保證離開塞體下端，使介質(zhì)暢通。

雖然自激的U形彈簧能夠提供初始的密封接觸負(fù)載，但是主要的密封作角力還是來源于內(nèi)部流體進(jìn)入U形部位中所產(chǎn)生的張力，由此才確保可靠的關(guān)閉作用。

為了防止閥門關(guān)閉時(shí)出現(xiàn)過大的關(guān)閉壓力，在閥體中腔密封件中安裝了一個(gè)機(jī)械止動(dòng)塊，該止動(dòng)塊在閥門實(shí)現(xiàn)適當(dāng)關(guān)閉時(shí)能保證塞體輕輕地與密封座接觸。如果一且出現(xiàn)軟密封失效時(shí)，該止動(dòng)塊還可以起到補(bǔ)償作用。

這種密封形式可以成功地應(yīng)用在75毫米口徑以上的閥門，壓力降可以達(dá)到300巴。但是，這里有個(gè)問題應(yīng)該引起注意，一個(gè)是塞體與支承套之間的空隙不能太大，過大會(huì)導(dǎo)致密封失效。二是當(dāng)閥門剛剛打開對的瞬間，在密封件外緣處分于介質(zhì)產(chǎn)生較急的湍流，會(huì)造成密封件的振動(dòng)，使密封材料出現(xiàn)疲勞破壞。

上述問題目前已通過在座環(huán)的內(nèi)徑上方增設(shè)一個(gè)凸緣而得到解決，這樣就可以起到保護(hù)軟閥座的作用，如圖5所示，這種方法完全可以用在上述口徑和壓力的閥門中。

5、*近的研制情況

在進(jìn)給泵再循環(huán)系統(tǒng)的閥門使用過程中，由于閥門泄漏造成的經(jīng)濟(jì)損失已經(jīng)引起人們的極大關(guān)注，隨看對于閥門泄漏問題的**解決，使得用戶節(jié)約了很多能源，同時(shí)這方面的課題研究也越來越受到重視。通過有關(guān)閥門設(shè)計(jì)人員的不斷研究，—使其認(rèn)識(shí)到要想**成功地解決泄漏，還必須要想辦法將節(jié)流面遠(yuǎn)離軟閥座，圖6則是基于這種想法的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

在該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，閥門的關(guān)閉組件是由一個(gè)主要的外寨體和一個(gè)內(nèi)塞體組成，其中內(nèi)塞體是由一組彈簧和帶有螺栓來支承的。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，內(nèi)塞體在彈簧作用下從外閥體中伸出，使其前面的金屬與閥座環(huán)的金屬部位相接，r實(shí)現(xiàn)閥門的關(guān)閉密封。

在閥座環(huán)本體中嵌入了一個(gè)彈性座環(huán)，當(dāng)閥門開始實(shí)現(xiàn)關(guān)閉時(shí)，該內(nèi)嵌座環(huán)被隔離于流體的關(guān)閉區(qū)域。這時(shí)的關(guān)閉作用是由內(nèi)塞體接觸座環(huán)內(nèi)表面實(shí)現(xiàn)的。是屬于金屬。對金屬的關(guān)閉阻止了介質(zhì)的流動(dòng)。這時(shí)如果繼續(xù)向下關(guān)閉閥門，則會(huì)壓縮介于內(nèi)外。塞體間的彈簧，使外塞體的密封表面開始接觸閥座環(huán)的彈性嵌入座環(huán)，因而可實(shí)現(xiàn)滿足ANSI B16．104有關(guān)6級(jí)的密封要求。

閥門開啟過程是這樣的：驅(qū)動(dòng)裝置開始上升提起外塞體，使其離開閥座的彈性嵌入座環(huán)，此時(shí)借助于內(nèi)塞體與閥座環(huán)金屬部位的接觸而保持著密封性能。繼續(xù)實(shí)施開啟動(dòng)作就使內(nèi)寨體脫離開閥座，介質(zhì)流通。采用這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)二次啟閉動(dòng)作，從而保護(hù)了彈性閥座，使其免受因介質(zhì)流動(dòng)而造成的湍流和溝蝕的損傷。

這種軟閥座密封內(nèi)件結(jié)構(gòu)的成功運(yùn)用，主要是利用了熱塑聚合物技術(shù)的發(fā)展，目前這種熱塑材料在機(jī)械性能方面已經(jīng)能夠與錫比美，因此可以用它作為主要的彈性材料用于密封元件。下面的附錄B列出了一種這樣材料的主要機(jī)械性能。

6、介質(zhì)中來帶的固體顆粒

附錄B：一種軟閥座用彈性材料的主要物理性能。

對于閥門設(shè)計(jì)人員來說，當(dāng)考慮將這種軟密封技術(shù)應(yīng)用在流體輸送中時(shí)，有一個(gè)問題是應(yīng)該引起注意的，這就是流體介質(zhì)中所夾帶的固體顆粒，雖然這種現(xiàn)象對于所有的閥門在設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)給予考慮，但對于軟閥座的閥門則是關(guān)系更為重要。這主要是因?yàn)榻橘|(zhì)中夾帶的固體顆粒時(shí)，極容易卡止在塞體和閥座中間，妨礙了閥座的密封，會(huì)引起泄漏，繼而由于介質(zhì)的高速?zèng)_刷而使閥座表面被沖蝕破壞。

對于上述具有二級(jí)關(guān)閉作用的軟閥座密封裝置，即使出現(xiàn)了這種克里卡旨在內(nèi)塞體的金屬與閥座金屬部位之間，也不會(huì)有什么危害，因?yàn)檫€有外塞體與軟閥座能起到補(bǔ)充密封作用。

大多數(shù)軟閥座結(jié)構(gòu)的閥門能夠適用于密度不大，直徑小于1.5毫米的固體顆粒。從另外一方面看，對于金屬發(fā)作來說，如果遇到固體顆粒的硬度大于塞體或閥座表面時(shí)，就會(huì)完全破壞閥門的關(guān)閉性能。一般來說，處理這種問題可以采用泵進(jìn)行抽空過濾，但這種辦法的主要缺點(diǎn)是在過濾網(wǎng)下游的管子中的鐵銹、焊渣都會(huì)借此進(jìn)入到閥門中，這種現(xiàn)象在開始抽濾階段就可以在閥座上明顯表現(xiàn)出來。要想防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，可以利用在閥座上貼合一個(gè)過濾元件，而且還可以將它做為整個(gè)閥門密封組件的一部分，如圖7所示。從圖中我們可以看到，這個(gè)過濾元件位于閥座環(huán)的下面，是被一組凹頭帶肩的螺釘固定的。該過濾元件能夠擋住對閥座有損害的較大尺寸的固體顆粒，而一些細(xì)小的顆粒雖然能夠通過該元件，但不能引起閥座損壞，因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)提到，軟閥座能夠適應(yīng)直徑小于1.5毫米以下的固體顆粒。

這種過濾元件在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到它的可拆性，以便進(jìn)行情洗。對于進(jìn)給泵再循環(huán)介質(zhì)來說這一點(diǎn)很重要，因?yàn)榻橘|(zhì)始終要保持一定的小流量。除此之外，還要考慮到過濾元件的**保險(xiǎn)性能，即能夠在較多顆粒被擋住時(shí)，也就是說當(dāng)通過閥門的介質(zhì)壓力降明顯增大時(shí)，該過濾元件能夠自動(dòng)破裂，因?yàn)橹挥羞@樣才能保證整個(gè)再循環(huán)系統(tǒng)的主要作用，即保證總有較少的介質(zhì)流經(jīng)泵。

7、結(jié)論

隨著閥門產(chǎn)品苛刻的使用條件不斷增強(qiáng)，對閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也不斷提高，同時(shí)也促進(jìn)了工程材料的發(fā)展。由于對閥門各種特殊需求，要求生產(chǎn)廠家不斷地研制密封部件，以滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。

圖8是一種用于進(jìn)給泵再循環(huán)系統(tǒng)中的*新結(jié)構(gòu)閥門。該閥的密封內(nèi)件是根據(jù)壓力分布原理而設(shè)計(jì)的，當(dāng)流體流經(jīng)密封組件產(chǎn)生壓力降時(shí)不出觀渦流現(xiàn)象，(壓力降一股容易引起渦流)該密封內(nèi)件利用金屬閥座和軟閥座二次密封來實(shí)現(xiàn)6級(jí)關(guān)閉性能，同時(shí)還裝備了過濾元件以避免因其它物體而造成設(shè)備損壞。

這種特殊的閥門目前已成功地被大量應(yīng)用在進(jìn)給泵再循環(huán)水的控制系統(tǒng)中，而且將考慮把它正式用在節(jié)能方面。