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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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閥桿填料密封結(jié)構(gòu)的分析與研究

閥桿填料密封結(jié)構(gòu)的分析與研究

2011/5/13 11:22:00

任何閥門都不允許有外漏現(xiàn)象,而外漏的主要途徑之一是介質(zhì)從閥桿處外泄,為防止上述情況.的發(fā)生,一般采用填料密封,即在閥桿處用填料函密封,如圖1所示。
                                 
                              其密封原則是根據(jù)使用工況,填料4在壓蓋2的壓力作用下,產(chǎn)生一定的徑向力,使其緊密與閥桿1和閥蓋3接觸,從而防止液體或氣體等介質(zhì)外泄。
                                  1 填料密封主密封壓力的計(jì)算
                                 
                              如上所述,通過擰緊壓蓋2上的螺栓,對填料函(即閥蓋)3內(nèi)的填料4進(jìn)行軸向壓縮,填料的塑性使其產(chǎn)生徑向力,并與閥桿1緊密接觸。同時,填料中添加的潤滑劑被擠出,在接觸面間形成油膜。由壓力分布示意圖于接觸狀態(tài)不均勻,接觸部位出現(xiàn)邊界潤滑狀態(tài),未接觸的凹部形成小油槽,有較厚的油膜。當(dāng)閥桿1與填料4有相對運(yùn)動時,接觸部位與不接觸部位組成了不規(guī)則的迷宮,阻止了介質(zhì)的泄漏。

                                 
                              為保證填料密封的可靠性,必須保證填料對閥桿的徑向壓力,即主密封壓力。根椐填料密封時的壓力分布理論分析和各種填料設(shè)計(jì)的性能測試,得出填料的徑向壓力,即主密封壓力計(jì)算式:

                                 
                              式中Pr為填料徑向壓力(MPa);P0為填料壓蓋處軸向壓力(MPa);K為填料壓力比(又稱應(yīng)力系數(shù));d1為閥桿直徑(mm);d0為填料函孔徑(mm);s為填料深度(mm);μ1為填料與閥桿間的動摩擦因數(shù);μ2為填料與填料函間的靜摩擦因數(shù)。
                                 
                              填料壓力比是填料徑向壓力與軸向壓力之比,是確定填料高度的一個重要因素。應(yīng)力系數(shù)K取決于軸向壓力,如圖2所示。

                              .   
                              填料密封時的壓力分布情況如圖1所示,可見,填料最大徑向壓力Prmax在填料4與壓蓋2接觸處,隨著填料4高度的增加,徑向壓力Pr按指數(shù)規(guī)律降低,所以最小徑向應(yīng)力Prmin在填料4與墊片5接觸處。為避免此處發(fā)生泄漏,根椐式(1),計(jì)算得到Prmin,該值應(yīng)大于等于閥門內(nèi)部介質(zhì)壓力Pi。
                                  2 填料密封分析
                                  對填料密封的有效密封條件是采用適當(dāng)?shù)奶盍虾问胶吞盍希质鋈缦隆?br />                                   2.1 填料的選擇
                                 
                              對填料的要求是要有一定的塑性,在軸向壓力的作用下能產(chǎn)生一定的徑向壓力,要有抵抗溫度變化的能力,有抗蠕變,抗松馳等能力。此外,還要有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性,抗氧化能力,不污染介質(zhì),不被介質(zhì)泡漲,不腐蝕閥桿,摩擦因數(shù)小。且在閥桿有少量偏心時,填料應(yīng)有足夠的浮動彈性。填料本身應(yīng)制造簡單,填裝方便。目前使用的填料一般有石棉石墨填料、柔性石墨填料和聚四氟乙烯填料。其特性及應(yīng)用場合見表1。

                                  2 2 填料密封中摩擦力的影響
                                 
                              據(jù)主密封壓力公式(1),如果μ1+μ2(d0/d1)=0,則填料頂部施加的軸向壓力P0能均勻地傳遞到整個填料深度而沒有任何衰減。但由于摩擦的存在,徑向壓力Pr隨著與壓蓋2距離的增加而減小。摩擦越大,徑向應(yīng)力Pr衰減得越厲害,所以摩擦因數(shù)μ1和μ2應(yīng)盡可能小。此外,d0/d1總大于1,所以在減小應(yīng)力衰減的作用上,μ2比μ1更重要。
                                 
                              閥桿1表面和閥蓋3內(nèi)孔表面粗糙度對閥桿處的密封和磨損至關(guān)重要。閥桿1與閥蓋3內(nèi)孔的表面粗糙度應(yīng)盡可能小,一般閥桿表面Ra≤0.8μm,閥蓋3內(nèi)孔Ra≤1.6μm。
                                  2.3 填料函內(nèi)孔直徑與填料截面寬度
                                 
                              根據(jù)填料密封主密封壓力方<

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