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如何解决阀门的动密封、静密封问题?

动密封填料函形式

动密封

    阀门的动密封,主要是指阀杆密封。不让阀内介质随阀杆运动而泄漏,是阀门动密封的中心课题。

 

目前,阀门动密封,以填料函为主。填料函的基本形式是:


(1)压盖式

    这是用得最多的形式。


    同一形式又能许多细节区别。例如,从压紧螺栓来说,可分T形螺栓(用于压力≤16公斤/平方厘米的低压阀门)、双头螺栓和活节螺栓等。从压盖来说,可分整体式和组合式。


(2)压紧螺母式

    这种形式,外形尺寸小,但压紧力受限制,只使用于小阀门。


    填料函内,以填料与阀杆直接接触并充满填料函,阻止介质外漏。对填料有以下要求:

    (1)密封性好;

    (2)耐腐蚀;

    (3)磨擦系数小;

    (4)适应介质温度和压力。


动密封常用填料

 

(1)石棉盘根:石棉盘根,耐温和耐腐蚀性能都很好,但单独使用时,密封效果不佳,所以总是浸渍或附加其他材料。油浸石棉盘根:它的基本结构形式有两种,一种是扭制,另一种是编结。又可分圆形和方形。


(2)聚四氟乙烯编织盘根:将聚四氟乙烯细带编织为盘根,有极好的耐腐蚀性能,又可用于深冷介质。


(3)橡胶O形圈:在低压状态下,密封效果良好。使用温度受限制,如天然橡胶只能用于60℃。


(4)塑料成型填料:一般做成三件式,也可做成其他形状。所用塑料以聚四氟乙烯为多,也有采用尼龙66和尼龙1010的。


    此外,使用单位根据自己的需要,常常探索各种有效的填料形式。例如,在250℃蒸气阀门中,用石棉盘根和铅圈交替迭合,漏汽情况就会减轻;有的阀门,介质经常变换,如以石棉盘根和聚四氟乙烯生料带共同使用,密封效果便好些。为减轻对阀杆的磨擦,有的场合,可以加二硫化钼(M0S2)或其他润滑剂。


    目前,对新颖填料,正进行着探索。例如用聚丙烯腈纤维经聚四氟乙烯乳液浸渍,又经预氧化后,在模具中烧结压制,可以得到密封性能优异的成型填料;又如用不锈钢薄片与石棉制成波形填料,可耐高温、高压与腐蚀。


 动密封波纹管密封

随着化学工业和原子能工业的迅速发展,易燃、易爆、剧毒和带放射性的物质增多,对阀门密封有了更严格的要求,有的场合已无法使用填料密封,因此产生了新的密封形式-波纹管密封。这种密封不需填料,所以也叫无填料密封。


    波纹管的两端,与别的零件焊死的。当阀杆升降时,波纹管伸缩,只要波纹管本身不漏,介质便无法泄出。为保险起见,往往采用波纹管与填料的双重密封。


静密封垫圈材料

  

静密封

    静密封通常是指两个静止面之间的密封。密封办法主要是使用垫圈。


垫圈材料

(1)非金属材料:如纸、麻、牛皮、石棉制品、塑料、橡胶等

    纸、麻、牛皮之类,有毛细孔,易渗透,使用时须浸渍油、蜡或其他防渗透材料。一般阀门很少采用。


    石棉制品,又有石棉带、绳、板和石棉橡胶板等。其中石棉橡胶板结构致密,耐压性能好,耐温性能也很好,在阀门本身和阀门与管子的法兰连接中,使用极为广泛。


    塑料制品,有很好的耐腐蚀性能,使用也较普遍。品种有聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙66、尼龙1010等。


    橡胶制品,质地柔软,各种橡胶分别有一定耐酸、耐碱、耐油、耐海水的能力。品种有天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、异丁橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶等。


(2)金属材料:一般地说,金属材料强度高,耐温性能强。但铅并不这样,仅取它耐稀硫酸的特性。常用品种有黄铜、紫铜、铝、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金、银、镍等。


(3)复合材料:例如金属包皮(内部石棉)垫圈、组合波形垫圈、缠绕垫圈等。


 静密封常用垫圈性能

使用阀门时,往往根据具体情况,更换原带垫圈。常有垫圈有:橡胶平垫圈、橡胶O形圈、塑料平垫圈、聚四氟乙烯包垫圈、石棉橡胶垫圈、金属平垫圈、金属异形垫圈、金属包皮垫圈、波形垫圈、缠绕垫圈等。


(1)橡胶平垫圈:变形容易,压紧时不费力,但耐压、耐温能力都较差,只用于压力低、温度不高的地方。天然橡胶有一定耐酸碱性能,使用温度不宜超过60℃;氯丁橡胶也能耐某些酸碱,使用温度80℃;丁腈橡胶耐油,可用至80℃;氟橡胶耐腐蚀性能很好,耐温性能也比一般橡胶强,可在150℃介质中使用。


(2)橡胶O形垫圈:断面形状是正圆,有一定的自紧作用,密封效果比平垫圈好,压紧力更小。


(3)塑料平垫圈:塑料的最大特点是耐腐蚀性好,大部分塑料耐温性能不好。聚四氟乙烯为塑料之冠,不但耐腐蚀性能优异,而且耐温范围比较宽阔,可在-180℃~+200℃之内长期使用。


(4)聚四氟乙烯包垫圈:为了充分发挥聚四氟乙烯的优点,同时弥补它弹性较差的缺点,做成聚四氟乙烯包裹橡胶或石棉橡胶的垫圈。这样,既同聚四氟乙烯平垫圈一样耐腐蚀,又有良好的弹性,增强密封效果,减小压紧力。其断面形状如图4-20所示。


(5)石棉橡胶垫圈:由石棉橡胶板剪成。它的组分是60~80%的石棉和10~20%的橡胶,以及填充剂、硫化剂等。它有很好的耐热性、耐冷性、化学稳定性,而且货源丰富,价格便宜。使用时,压紧力不必很大。由于它能粘附金属,所以最好表面涂一层石墨粉,以免拆卸时费劲。


    石棉橡胶板有四种颜色:灰色,用于低压(牌号XB-200,耐压≤16公斤/平方厘米,耐温200℃);红色,用于中压(牌号XB-350,耐压可达40公斤/平方厘米,耐温350℃);紫红色,用于高压(牌号XB-450,耐压100公斤/平方厘米耐温450℃);绿色,用于油类,耐压性能也很好。


(6)金属平热圈:铅,耐温100℃;铝430℃;铜315℃;低碳钢550℃;银650℃;镍810℃;蒙乃尔(镍铜)合金810℃,不锈钢870℃。其中铅耐压能力较差,铝可耐64公斤/平方厘米,其他材料可耐高压。


(7)金属异性垫圈:


    透镜垫圈:有自紧作用,使用于高压阀门。


    椭圆形垫圈:也属于高压自紧垫圈。


    锥面双垫圈:用于高压内自紧密封。


    此外,还有方形、菱形、三角形、齿形、燕尾形、B形、C形等,一般只在高中压阀门中使用。


(8)金属包皮垫圈:金属既有良好的耐温耐压性能,又有良好的弹性。包皮材料有铝、铜、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金等。里面填充材料有石棉、聚四氟乙烯、玻璃纤维等。


(9)波形垫圈:具有压紧力小,密封效果好的特点。常采用金属与非金属组合的形式。


(10)缠绕垫圈:是把很薄的金属带和非金属带紧贴在一起,缠绕成多层的圆形,断面呈波浪状,有很好的弹性和密封性。金属带可用08钢、0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、铜、铝、钛、蒙乃尔合金等制作。非金属带材料有石棉、聚四氟乙烯等。


    以上,讲述密封垫圈性能时,列举了一些数字。必须说明,这些数字跟法兰形式、介质情况和安装修理技术等有密切的关系,有时可以超过,有时达不到,而且耐压和耐温性能,也是互相转化的,例如温度高了,耐压能力往往降低,这些细微的问题,只能在实践中体会。


新材料和新技术

  

以上介绍的密封垫圈还很不全面,况且密封技术正处于迅猛发展中。下面举例介绍几项新材料和新技术。


(1)液体密封:随着高分子有机合成工业的迅猛发展,近年出现了液态密封胶,使用于静密封;这项新技术,通常叫做液体密封。液体密封的原理,是利用液态密封胶的粘附性、流动性和单分子膜效应(越薄的膜自然回复倾向越大),在适当压力下,使它象垫圈一样地起作用。所以对使用着的密封胶,也叫做液体垫圈。


(2)聚四氟乙烯生料密封:聚四氟乙烯也是高分子有机化合物,它在烧结成制品之前,叫做生料,质地柔软,也有单分子膜效应。用生料做成的带叫生料带,可以卷成盘长期保存。使用时能自由成形,任意接头,只要一有压力,便形成一个均匀地起着密封作用的环形膜。作为阀门中阀体与阀盖间的垫圈,可在不取出阀瓣或闸板的情况下,撬开一缝隙,塞进生料带去就行了。压紧力小,不粘手,也不粘法兰面,更换十分方便。对于榫槽法兰最适宜。聚四氟乙烯生料,还可做成管形和棒状,作密封用。


(3)金属空心O形圈:弹性好,压紧力小,有自紧作用,可选用多种金属材料,从而在低温、高温和强腐蚀性介质中都能适应。


(4)石墨板密封圈:在人们印象中,石墨是脆性物质,缺乏弹性和韧性,但经过特殊处理的石墨,却是质地柔软,弹性良好。这样,石墨的耐热性能和化学稳定性,便可以在垫圈材料中得以显示;而且这种垫圈压紧力小,密封效果异常优越。这种石墨还能做成带,跟金属带配合,组成性能优异的缠绕垫圈。石墨板密封圈和石墨----金属缠绕垫圈的出现,是高温抗腐蚀密封的重大突破。这类垫圈,国外已经大量生产和使用。


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