保證閥門密封性的因素很多，所有這些因素是不可能精確地進(jìn)行計(jì)算的，通常，設(shè)計(jì)人員是根據(jù)產(chǎn)品的用途來確定啟閉件的結(jié)構(gòu)和密封面尺寸，當(dāng)計(jì)算啟閉件力時(shí)，必須確定密封面單位面積上的壓力，這個(gè)壓力稱為比壓。一般只能根據(jù)實(shí)驗(yàn)來確定。

一般來說，對于閉路閥啟閉件保證密封性所必須的比壓取決于密封面的寬度、材料及介質(zhì)工作壓力，為了確定能夠保證密封的比壓值，曾進(jìn)行了大量的研究工作，但是由于研究結(jié)果差異很大，因此，還不能編制一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范。

有曾經(jīng)做過用20Cr13鋼制造的寬度為0.5mm的窄密封面的試驗(yàn)，所得出的關(guān)系式如下：

式中q_MF1——密封面寬度為b₁(mm)時(shí)所需的比壓值(MPa)；

q_MF2——密封面寬度為b₂(mm)時(shí)所需的比壓值(MPa)。

當(dāng)密封面寬度>0.5mm時(shí)，具有如下關(guān)系式：

以上關(guān)系式明顯地表明，當(dāng)密封面寬時(shí)，密封面不是整個(gè)表面都以相同的程度起著密封作用。

比壓值q對空氣滲漏量q_v的影響的試驗(yàn)結(jié)果示于圖1。

分析結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

①每個(gè)試樣都具有一定的關(guān)系式，即q_v=f(q·p)。

②對數(shù)座標(biāo)上各種不同p值時(shí)，q_v=f(q)的函數(shù)為直線，可以用下列關(guān)系式表示：

式中q_v——當(dāng)壓力為p時(shí)，此瞬間空氣的滲漏量；

q_v0——q值很小時(shí)，介質(zhì)最初泄漏量；

q——在給定的瞬間作用的比壓；

m——該試驗(yàn)的常數(shù)，與試樣的材料和表面狀況有關(guān)。

只有12Crl8Ni9試件的變化不符合上述規(guī)律性，這些試件曲線的斜度是變化的，隨著比壓q的增加，斜度愈來愈小。

以上現(xiàn)象可以這樣解釋：在變形過程中，12Cr18Ni9由于加工硬化使得本身的彈性和塑性劇烈地改變。當(dāng)q值小時(shí)，比壓的變化較比壓大時(shí)影響空氣泄漏量更為顯著，與冷作硬化有關(guān)的波峰變形之后，比壓的變化對q_v值(空氣泄漏量)的影響就小。

對平面密封面的密封性的研究，發(fā)現(xiàn)了如下由介質(zhì)本身產(chǎn)生的密封比壓值的變化規(guī)律，如圖2所示。

當(dāng)介質(zhì)壓力p增加時(shí)，比壓q按黑體曲線增長。在到達(dá)q_kp之前，試驗(yàn)數(shù)據(jù)非常分散(劃細(xì)實(shí)線的面積)。當(dāng)?shù)竭_(dá)臨介比壓q_kp時(shí)，表面的微觀不平度及其他缺陷達(dá)到相互壓平的程度，壓力再升高時(shí)，影響就不大了，這時(shí)零件的彈性起決定性作用。當(dāng)壓力超過p_A時(shí)，必須比壓按正比例增加。在臨界比壓q_kp范圍內(nèi)，用較低的比壓(虛線OA)壓緊密封面就可保證密封性。這樣一來，以超過q_kp的比壓壓緊后q=f(q)的關(guān)系用直線I-I表示。如果從試驗(yàn)獲得的q值中減去介質(zhì)作用力，那么密封面上的比壓值q_R以直線Ⅲ-Ⅲ表示。為了保證密封面間所要求的密封性，比壓值應(yīng)按規(guī)定的Ⅱ-Ⅱ線選取，它考慮了安全系數(shù)，當(dāng)壓力接近零時(shí)，比壓不應(yīng)小于q_min°

在計(jì)算介質(zhì)作用力F_MJ時(shí)，采用密封面的平均直徑D_cp，如果這樣，則認(rèn)為有介質(zhì)作用的密封面面積上沒有比壓作用，如果介質(zhì)壓力分布在直徑D_cp范圍內(nèi)，那么力F_MJ仍在一半面積內(nèi)傳遞，使半面直接接觸。這個(gè)假設(shè)具有重要意義，不過應(yīng)考慮到，密封面之間介質(zhì)滲透面積的輪廓具有很復(fù)雜的形式，表面本身不是平的，吻合面上的實(shí)際比壓與計(jì)算比壓有很大的差別。介質(zhì)作用面積隨著閥桿軸向力的增加而減小，而密封面的接觸面積則增大。因此，密封比壓值q_MF是有一定條件的，主要依賴于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。若減少密封面的接觸面積，必然相應(yīng)地增加比壓。因此，在工程上，密封比壓q_MF和實(shí)際比壓q作用在整個(gè)密封面上。

為確定液體用常溫閉路閥密封面上的密封比壓值(MPa)，可應(yīng)用一般公式：

式中C——與密封面材料有關(guān)的系數(shù)，鑄鐵、青銅和黃銅C=3.0，鋼和硬質(zhì)合金C=3.5；鋁、鋁合金、聚乙烯、聚氯乙烯、PTFE、RPTFE、MOL0N、DEVLON、尼龍、PEEK、C=1.8；中等硬度橡膠C=0.4；

K——在給定密封面材料條件下，考慮介質(zhì)壓力對比壓值的影響系數(shù)；鑄鐵、青銅、黃銅K=1；鋼、硬質(zhì)合金K=1；鋁、鋁合金、聚乙烯、聚氯乙烯、PTFE、RPTFE、M0LON、DEVLON、PEEK、尼龍K=0.9；中等硬度橡膠K=0.6；

p——介質(zhì)工作壓力，通常取公稱壓力PN(MPa)；

b_M——密封面寬度(mm)。

應(yīng)用該公式時(shí)，應(yīng)注意：

①所示數(shù)據(jù)適用于平面密封。

②密封面經(jīng)過精磨，表面粗糙度達(dá)到0.2。在工業(yè)凈水或其他不含污物硬雜質(zhì)的液體介質(zhì)中工作時(shí)，所示數(shù)據(jù)可保證密封(汽油和煤油除外)。

③當(dāng)密封面用不同材料制造時(shí)，q_MF值按較軟的材料選取。

④公式適用于確定q_MF=80.0MPa以下的比壓值。

⑤對某些截止閥剛性較好的結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過精研的密封面(表面粗糙度約0.1)，允許比壓值降低25％。

⑥溫度升高要求增大比壓，按某些數(shù)據(jù)，水的溫度從15℃增加到100℃時(shí)比壓就需增加1倍。

⑦表內(nèi)所示的比壓值適用于2級～3級密封閥門。大體上可以認(rèn)為，為了保證所需的密封性，密封面的表面粗糙度需保證：1級密封一表面粗糙度不低于0.1，2級密封—表面粗糙度不低于0.2，3級密封一表面粗糙度不低于0.4。

⑧在用于腐蝕性極大的介質(zhì)、常變換的氫和氮及其他極其重要介質(zhì)的一級密封閥門中，上述比壓值建議增大1.8倍。

⑨介質(zhì)中其他雜質(zhì)對比壓值的影響難以準(zhǔn)確估計(jì)，因?yàn)檫@些影響取決于物理特性、尺寸及介質(zhì)污穢的程度。

由于手動操作或者閥門關(guān)閉后介質(zhì)壓力的變化，密封面上經(jīng)常會產(chǎn)生比壓值顯著超過q_MF的現(xiàn)象，所以，在設(shè)計(jì)過程中必須使實(shí)際比壓q值不會引起過大的塑性變形，并且不改變經(jīng)過研磨的表面幾何形狀。

為此，必須保證：

式中 q_MF——保證密封所需比壓 (MPa)；

q——實(shí)際工作比壓 (MPa)；

[q]——密封面材料的許用比壓 (MPa)。

閘閥密封面的工作條件比截止閥密封面更惡劣，因?yàn)殚l閥密封面間有滑動摩擦，會引起密封面的磨損，而且當(dāng)比壓大時(shí)會引起咬住或擦傷的危險(xiǎn)，計(jì)算閘閥密封比壓時(shí)，推薦使用公式(1)來確定q_MF。

對于壓力2.5MPa，常溫空氣用錐度為1∶7的油密封旋塞閥所作的試驗(yàn)表明，密封面上的比壓q=0.045p²就足夠了?？紤]到安全，可以采用q=0.06p²。q(MPa)可以這樣確定：

式中F——塞體的軸向力(N)；

A_q——塞體錐面的投影面積(mm²)；

式中D₁——塞體大端直徑(mm)；

D₂——塞體小端直徑(mm)。

這樣，可以用q值，確定塞體上的軸向力(N)：

除平面密封外，截止閥中還采用φ=30°～45°的錐面密封，如圖3a所示。錐面密封研磨比較困難，因?yàn)椴荒苡闷矫嫜心スぞ?，此外，?dāng)φ角較小時(shí)，溫度變化會引起閥瓣被卡死現(xiàn)象，當(dāng)閥座直徑較大和作用力大時(shí)，楔子的作用力可以導(dǎo)致鑲嵌的閥座產(chǎn)生變形。但是，錐面密封不易積存污物，而軸向力相同時(shí)比平面密封的比壓要大，因此，公稱尺寸較小和極重要的閥門廣泛采用錐面密封。

根據(jù)圖3b得

式中N——密封錐面反作用力(N)；

φ——密封面錐半角(°)；

F——閥桿軸向力(N)；

T——密封面摩擦力(N)，T=f_MN；其中，f_M為密封面摩擦系數(shù)。

式中A_b——密封錐面的投影面積（mm²）

因此

F/A_b的值就是軸向力在錐面密封面投影面上的比壓。

令F/A_b=q_s

為使錐形密封面上的比壓值等于q_MF，計(jì)算時(shí)可應(yīng)用下式：

式中 D_MP=D_MN (mm)

b——錐形密封面投影寬度(mm)；

式中f_M——取摩擦系數(shù)=0.3。

當(dāng)φ=30°時(shí)，n=1.5；

當(dāng)φ=45°時(shí)，n=1.3；

當(dāng)φ=60°時(shí)，n=1.2。

高壓截止閥閥瓣被制造成錐面密封形式，閥座密封面錐半角用45°，密封錐面寬度為0.4～0.6mm，按此公式計(jì)算，必須比壓?。?/p>

當(dāng)PN=32.0MPa時(shí)，q_MF=92.0 MPa；

當(dāng)PN=70.0MPa時(shí)，q_MF=115.0MPa。

前面已推導(dǎo)出：

如果兩種結(jié)構(gòu)的D_MF、b、q_MF都取同樣數(shù)值，得：

對于平面密封：

對于錐面密封：

當(dāng)φ=30°時(shí)，F(xiàn)=0.75F_MF;

當(dāng)φ=45°時(shí)，F(xiàn)=O.92_MF;

當(dāng)φ=60°時(shí)，F(xiàn)=_MF°;

當(dāng)f_M=0.3，φ=30°，其他條件相同時(shí)，錐面密封需要的力比平面密封減少了25％。

在截止閥中也采用線接觸密封。如圖4所示。實(shí)際上密封不可能是一條線，而是密封面寬度很窄的平面，因?yàn)樵陂y桿軸向力下，密封面會有某種程度的變形。如圖4所示，是根據(jù)必須保證接觸面單位長度上的一定力為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的。

如圖4b所示，錐形截面密封成功地應(yīng)用于帶有硬質(zhì)顆粒的污穢介質(zhì)的截止閥中。

當(dāng)采用線接觸錐形密封時(shí)，如圖4c所示。

n_x——采用下列數(shù)值：

當(dāng)φ=30°時(shí)，n_x=0.75;

當(dāng)φ=45°時(shí)，n_x=0.9;

當(dāng)φ=60°時(shí)，n_x=1.0。

對于鋼及鈷鉻鎢硬質(zhì)合金的線密封許用比壓[q_x]≤120.0MPa。

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