第三章閥門啟閉件的密封機理

和影響因素分析基本內容3-1密封連接的分類3-2閥門啟閉件的密封機理3-3影響因素分析3-1密封連接的分類閥門密封連接有以下幾種方法進行分類：一、按密封程度分

1.絕對密封連接，不允許滲漏介質。

2.非絕對密封連接，允許滲漏微量介質。二、按動作性質分

1.長期固定式密封連接。如法蘭連接、螺紋接頭等。

2.長期活動式密封連接。如填料裝置、旋塞等。

3.定期活動式密封連接。如閘閥、截止閥、止回閥和安全閥的密封等。3-1密封連接的分類三、按密封表面的形式分1.平面型密封表面。如法蘭、閘閥、截止閥等的密封面。2.柱型密封表面。如活塞、填料及柱塞閥等。3.錐型密封表面。如旋塞、錐型關閉件等。4.混合式密封表面。如球面、刀形面及帶水線的平面等。四、按密封面的性質分1.剛性金屬接觸密封面，無中間彈性元件。這種密封面靠精加工來保證。如閘閥、截止閥及止回閥的密封面等。2.有彈性元件密封面。如球閥的彈性閥座、活塞環、皮革及橡皮碗、軟管密封等。3.有彈性和塑性變形元件的密封面。如襯墊、填料等。3-1密封連接的分類五、按有無密封油脂分1.無密封油脂的密封連接。2.有密封油脂的密封連接。如油封旋塞、油封球閥及油封閘閥的密封面等。3-2閥門啟閉件的密封機理一、泄漏泄漏是機械設備常產生的故障之一。造成泄漏的原因主要有兩方面：1.是由于機械加工的結果。2.是密封兩側存在壓力差，工作介質就會通過間隙而泄漏。減小或消除間隙是阻止泄漏的主要途徑。密封的作用就是將接合面間的間隙封住，隔離或切斷泄漏通道，增加泄漏通道中的阻力，或者在通道中加設小型做功元件，對泄露物造成壓力，與引起泄漏的壓差部分抵消或完全平衡，以阻止泄漏。3-2閥門啟閉件的密封機理二、與密封有關的物理現象1.基本概念

(1)內聚力:液體表面的分子，由于內部的引力作用，其合力的方向是垂直于液體表面指向液體內部。內聚力的作用總是力圖趨勢液體表面積最小。大小：與種類有關：如水銀和煤油；與溫度有關；與溶解的戒指有關。

3-2閥門啟閉件的密封機理（2）附著力

液體與固體相接處，液體表面的分子與固體表面的分子間也存在相互吸引力。（3）浸潤

當固液表面的附著力大于液體內部的內聚力時，固體表面將被所潤濕。

與材料有關與表面粗糙度有關3-2閥門啟閉件的密封機理（4）不浸潤當固液表面的附著力小于液體內部的內聚力時，固體表面將被所潤濕。固液分離時不會有液體殘存附著于固體表面3-2閥門啟閉件的密封機理2.物理現象（1）表面張力：由于內聚力是在曲面的法線方向上指向液體內部，因而在呈曲面的液體表面上就出現表面張力，表面張力是沿曲面的切線方向上。表面張力系數：（2）粘性：液體運動時，其內部液層間的摩擦力，阻止它們發生相對運動。產生原因：分子間的引力（主要對液體）；質點動量交換（主要對氣體）。主要影響因素：溫度、壓力。3-2閥門啟閉件的密封機理（3）毛細現象

將細管插入液體中，在管內外將產生液面差。（a）凹面：液體能被浸潤，接觸角（b）凸面：液體不被浸潤；接觸角（c）表面張力：3-2閥門啟閉件的密封機理（4）吸附現象

固體表面間存在一定的表面能，當它與氣體接觸時，能將部分氣體分子吸引到固體表面上，以降低其表面能。物理吸附：固體與氣體表面分子吸引力；化學吸附：化學鍵，具有選擇性。主要影響因素：溫度

3-2閥門啟閉件的密封機理三、密封原理1、理想密封原理

理想平面實際平面3-2閥門啟閉件的密封機理3-2閥門啟閉件的密封機理二、密封原理密封面存在凹凸不平的“峰”“谷”，依賴于提高表面光潔度，不能實現完全密封；壓緊密封面，“峰”“谷”，減小，存在溝槽和毛細通道，不能實現完全密封；施加密封力，產生局部彈性和塑性變形，接觸面積增大，間隙減小，存在狹小間隙和通道，不能實現完全密封；結論：只有狹小間隙和通道小于分子直徑，達到密封。2、實際密封原理分子直徑：粗糙度：間隙和通道大于分子直徑壓力降間隙和通道曲折、截面大小變化；截面收縮，介質劇烈攪動渦流。邊界層毛細通道附著力作用毛細通道表面粗糙度分子極化吸附粘性3-2閥門啟閉件的密封機理浸潤：有利于邊界層形成，毛細現象引起泄漏；內聚力大，表面張力大，不浸潤，有利密封，但不易形成邊界層；能量損失：節流效應轉化成熱量而溫升，粘度下降、通道膨脹，不利密封。結論：密封不可能在密封面的內沿實現，密封面間有介質，介質不會從密封面的外沿漏出；及不是依靠兩密封的間隙無限小完成的，而是靠介質分子之間的相互作用力（粘性力）形成穩定的介質膜來封住帶壓介質通道和間隙（通道的閉合）。3-2閥門啟閉件的密封機理3-2閥門啟閉件的密封機理經過兩金屬接觸平面形成的密封連接所滲漏的介質數量取決于:1.閥座密封面的加工質量；密封表面的微觀幾何形狀、波峰大小及距理想平面的偏差程度。2.密封面寬度。3.密封面內外壓力差的大小。4.密封面的材料及其處理狀態。5.工作介質的性質。6.密封面的親水性或憎水性。7.接觸表面間有無密封油脂。8.關閉件的結構。9.密封面上的比壓值。3-3影響因素分析影響密封性的因素很多，下面分別加以介紹:

一、密封面質量對閥門密封性的影響粗糙度對密封的影響很大。當粗糙度高、比壓小時，滲漏量增加；而當比壓大時，粗糙度對滲漏量的影響顯著減小。因為密封面上的微觀鋸齒狀尖峰被壓平了。軟密封面的粗糙度對密封性能的影響比金屬對金屬的剛性密封小的多。3-3影響因素分析二、密封面寬度對閥門密封性的影響

密封面的寬度決定毛細孔的長度。當寬度加大時，流體沿毛細孔運動路程成正比增加，而泄漏量則反比地減小。實際上并非如此，因為密封副的接觸面不能全部吻合，當產生變形后，密封面的寬度不能全部有效的起到密封作用。

另一方面，密封面寬度的增加，要增大所需要的密封力，因此合理地選擇密封面寬度也是比較重要的。

3-3影響因素分析三、閥前和閥后的壓力差對密封性的影響試驗證明：在其他條件相同的情況下，泄漏量的增長是超過壓力差的增長的。

M,N,S為常數系數，取決于材料、密封面的加工質量，密封面上的比壓和其他條件。3-3影響因素分析四、密封面材料及其處理狀態對密封性的影響保證連接密封性的方法是將兩個表面相互貼合，使表面間的剩余間隙成為毛細孔形狀，阻止流體通過。剩余間隙的大小取決于密封表面微觀不平度。如果使用較硬的材料造成相同的密封程度，就必須有較大的比壓。與密封連接有關的表面處理狀態:諸如波峰的變形、尺寸和密封間隙的改變以及其它現象都發生在金屬表層上。

3-3影響因素分析五、介質性質對密封性的影響1.被密封流體的滲透能力與它的粘度緊密相關。在其他條件相同的情況下，流體粘度越大，其滲透能力越小。氣體與液體的粘度分析，大概有以下關系：A氣體的粘度比液體的粘度小幾十倍，故其滲透能力比液體強。（但是飽和蒸汽例外，飽和蒸汽容易保證密封。）B壓縮氣體比液體更容易滲漏。3-3影響因素分析五、介質性質對密封性的影響2.流體的滲透能力取決于引起粘度改變的溫度。

氣體的粘度隨溫度的升高而增大，它與氣體的溫度的開方成正比。液體的粘度則相反，它隨溫度的升高而急劇減小，它與溫度的立方成反比。因溫度變化而引起的零件尺寸的改變將造成密封區內密封壓力的變化，并能引起密封的破壞。3-3影響因素分析六、表面親水性的影響

表面親水性對滲漏的影響是毛細孔特性所引起的。當密封表面上只要有一層很薄的油膜，就需加大通過間隙的水的壓力。由于金屬表面具有良好的親水性，煤油等能很容易地滲透鑄件和密封連接的間隙。3-3影響因素分析七、密封油膜的存在對密封性的影響連接表面間存在密封油膜對其密封性有顯著影響。當表面有一層很薄的油膜時，破壞了接觸面的親水性，并且堵塞流體通道，這樣就需要較大的壓力差才能使流體通過毛細孔。