管線球閥中軟密封閥座的合理性設(shè)計(jì)建議

1、<p>　　管線球閥中軟密封閥座的合理性設(shè)計(jì)建議</p><p>　　摘要：管線球閥中軟密封閥座使用的范圍越來(lái)越廣，客戶對(duì)于管線球閥的操作力矩和使用壽命有了更高的要求，而決定這些的是密封比壓的選擇，本文通過(guò)Workbench的舉例說(shuō)明通過(guò)利用軟件的模擬而得到合理的數(shù)據(jù)選擇。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：管線球閥 軟密封閥座 Workbench 密封比壓 </p>

2、<p>　　球閥因其流阻系數(shù)小而被應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣，在沒(méi)有溫度要求和漿料類(lèi)的介質(zhì)環(huán)境中軟密封閥座的球閥越來(lái)越為廣大客戶所青睞。球閥中最重要的設(shè)計(jì)理念是：“在小的操作力矩下保證球閥的密封性”。現(xiàn)在生產(chǎn)球閥的廠家中，軟密封閥座的設(shè)計(jì)一般都是在加工中自己摸索出相對(duì)傳統(tǒng)軟密封閥座使用操作力矩比較小的軟密封閥座。現(xiàn)在市面上軟密封閥座常用的閥座材質(zhì)為聚四氟乙烯（PTFE），下表為聚四氟乙烯的物理性能： </p><p

3、>　　管線球閥應(yīng)用于石油、天然氣及燃?xì)夤芫€中，使用范圍越來(lái)越廣泛，所以如何設(shè)計(jì)出更合理的產(chǎn)品是所有閥門(mén)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該關(guān)注的事情。 </p><p>　　一、影響密封副密封性能的因素以及密封比壓對(duì)密封性能的重要性 </p><p>　　1.全通徑球閥有兩個(gè)閥座，想要得到預(yù)期的密封性能必須使用密封外力，以加大密封比壓，從而得到接觸密封，防止閥門(mén)產(chǎn)生外漏和內(nèi)漏。 </p>&l

4、t;p>　　2.密封比壓所產(chǎn)生的閥座變形，應(yīng)在閥座材料的極限彈性變形范圍內(nèi)，并有不大的殘余變形。同時(shí)要保證閥座的表面粗糙度，如果閥座表面粗糙，球體圓度偏差較大，則保證密封所需的密封比壓就必須加大，從而使殘余變形加大，影響閥門(mén)使用性能的使用壽命。 </p><p>　　3.球閥是借助流體壓力、彈性元件作用力或預(yù)壓縮產(chǎn)生的密封力使球閥與閥座相互靠緊、接觸甚至嵌入，以減小或消除密封面之間的間隙而達(dá)到密封的接觸型密

5、封，也就是線密封。球閥閥座和球體因加工上的累積誤差無(wú)法消除，暫時(shí)所有球閥密封面的接觸無(wú)法達(dá)到面密封的要求。所以密封比壓控制的好壞是球閥密封性能最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。 </p><p>　　4.粗糙度對(duì)密封性能的影響也很大，當(dāng)粗糙度高，比壓小時(shí)，泄漏量增大。而當(dāng)比壓大時(shí)，粗糙度對(duì)泄漏量的影響顯著減小，這是因?yàn)槊芊饷嫔系奈⒂^鋸齒狀尖峰被壓平了。軟密封面的粗糙度對(duì)密封性能的影響比金屬對(duì)金屬的剛性密封要小的多。比壓的大小直接影響

6、球閥的密封性、可靠性及使用壽命。 </p><p>　　二、密封閥座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念 </p><p>　　1.由于閥座不是絕對(duì)剛性的，它在密封力的作用下，或溫度變換等因素的影響下，結(jié)構(gòu)尺寸必然產(chǎn)生變化，這會(huì)改變密封副之間的相互作用力，從而使密封性能下降。為補(bǔ)償結(jié)構(gòu)缺陷，通常在設(shè)計(jì)中會(huì)使用彈性元件或金屬?gòu)椥灾螇|圈。 </p><p>　　2.在球閥使用中，密封面的大

7、小不會(huì)影響閥門(mén)的密封性能和使用情況，在密封面大的情況下反而要用更大的密封比壓來(lái)保證密封。所以合理的閥座密封面設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)者關(guān)注的問(wèn)題和持續(xù)改進(jìn)的方向。 </p><p>　　三、比壓對(duì)壽命的影響 </p><p>　　在實(shí)際設(shè)計(jì)中，密封比壓的選定是根據(jù)設(shè)計(jì)比壓的大小而決定。選擇比壓應(yīng)使密封可靠，壽命長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)緊湊。因此，合理的選擇設(shè)計(jì)比壓，是設(shè)計(jì)中一個(gè)重要問(wèn)題。此值對(duì)摩擦損傷或使用壽命產(chǎn)生極大

8、的影響。當(dāng)然，密封副的材料、配對(duì)以及吻合度對(duì)使用壽命也有影響，但在相同條件下，比壓對(duì)壽命是一個(gè)直接的影響因素。對(duì)于球閥，比壓與使用壽命的關(guān)系，目前還不能得到可靠地?cái)?shù)據(jù)。但是其他閥門(mén)，例如閘閥的試驗(yàn)研究表明，比壓的增加將大大的降低擦傷次數(shù)或使用壽命。這一現(xiàn)象可從摩擦摩擦磨損機(jī)理中的“分子-機(jī)械”論得到解釋。該理論認(rèn)為，在單位壓力作用下，密封副局部將產(chǎn)生高的接觸應(yīng)力，隨著單位應(yīng)力的升高，接觸表面處于彈性、塑性變形的混合狀態(tài)，并且表面又互相嚙

9、合，在相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，則產(chǎn)生擦傷破壞。 </p><p>　　由此可見(jiàn)，在一定的密封面寬度范圍內(nèi)，力求降低比壓值，是提高球閥使用壽命的一種可行途徑。 </p><p>　　四、使用分析軟件Workbench來(lái)查看設(shè)計(jì)是否合理 </p><p>　　在前文中一再?gòu)?qiáng)調(diào)密封比壓的重要性，所以選擇合適的密封比壓是提高密封副密封性、可靠性和延長(zhǎng)使用壽命的根本方法。先舉例說(shuō)明如何運(yùn)

10、用Workbench軟件選擇出最為理想的密封比壓，在生產(chǎn)前解決在裝配時(shí)會(huì)遇到的給密封副多少密封比壓的問(wèn)題。 </p><p>　　必需比壓是為保證密封，密封面單位面積上所必需的最小壓力，它直接影響產(chǎn)品的性能和結(jié)構(gòu)尺寸。必需比壓和很多因素有關(guān)，主要取決于加工質(zhì)量、尺寸、工作壓力和溫度。 </p><p>　　例：選用《球閥設(shè)計(jì)與選用》已有密封比壓數(shù)據(jù)，選用PTFE材料，材料物理性能選用引言中

11、的數(shù)據(jù)表。假設(shè)在工作壓力為2.5MPa，密封面投影寬度設(shè)定為8mm時(shí)，必需比壓為4.5MPa的情況下，閥座的總位移量是多少。 </p><p>　　經(jīng)過(guò)Workbench分析得出如圖2所示的效果圖： </p><p>　　圖2 總變形分析云圖 </p><p>　　在必須比壓4.5MPa的壓力作用下，閥座最大變形量為0.027036mm，根據(jù)《球閥的設(shè)計(jì)與選用》，位

12、移量符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)球體和密封閥座累積誤差加大的情況下，可以適當(dāng)增加比壓已達(dá)到好的密封性能。 </p><p><b>　　五、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　通過(guò)Workbench軟件的輔助分析結(jié)果，可以更直觀的看到設(shè)計(jì)所選的密封比壓是否符合實(shí)際使用要求又能保證密封性。最大限度降低密封比壓，不在只是單板的依靠計(jì)算值。相對(duì)小的密封比壓可以大大減小閥門(mén)的操作力矩，使

13、操作者更方便的開(kāi)啟和關(guān)閉閥門(mén)，同時(shí)使用壽命也會(huì)有所提高。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]《球閥的設(shè)計(jì)與選用》北京科學(xué)技術(shù)出版社. </p><p>　　[2]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 化學(xué)工業(yè)出版社. </p><p>　　[3]《ANSYS Workbench 13.0 從入門(mén)到精