阀门密封性能简析

张圆圆

（兰州理工大学石油化工学院 兰州 730050 郑州市郑蝶阀门有限公司 郑州 450041）

阀门密封性能简析

张圆圆

（兰州理工大学石油化工学院 兰州 730050 郑州市郑蝶阀门有限公司 郑州 450041）

本文概括了常见阀门的密封型式及其密封原理，详细分析了造成阀门泄漏的常见原因，并以此提出一些改进阀门密封性能的措施与建议，为专业人员提供了一定的参考。

阀门；密封；性能

1 引言

随着中国科技的进步与经济的高速发展以及工业水平的持续提升，阀门在生活尤其是工业生产中起着极其重要的作用。阀门除了必须满足使用安全以及质量可靠的性质以外，必须满足最重要的性质-密封性。然而，泄漏在一定程度上限制了阀门在民用与工业中更加广泛的应用。阀门泄漏包括内部泄漏与外部泄漏[1]。内部泄漏即内漏，主要是指阀门座与闭合器件之间存在缝隙或者孔洞。外部泄漏即外泄，主要指的是设备填料函与连接法兰的地方。我们可以对实际应用中的具体条件、阀门泄漏的位置以及经济价值等进行综合考虑，提出不同的解决措施以及建议。

2 泄漏标准

判断阀门是否发生了泄漏的标准为阀门在一定的时间内能否保证设备内部物质没有泄漏到外界或者泄漏的量在允许的范围内。泄漏标准的定义为选取具体位置的阀门，在应用过程中允许的物质泄漏最大量即为此种阀门的泄漏标准。阀门密封性能优良与否，通常用阀门对物质的泄漏比例或者阀门内部所受压力来表示，阀门密封性能的优良分为四个等级[2]：

（1）公称级密封，适用于对密封性能要求不高的阀门。比如调节水流大小的水龙头中的阀门；

（2）低漏级密封，同样适用于对密封性能要求不高的阀门；

（3）蒸汽级密封，适用于以蒸汽为工作原理的机械设施以及大多数工业设备中阀门，不同机械部件之间的连接处；

（4）原子级，适用于对阀门密封性能要求极其严格的设备中。比如用于外太空探索的航天飞机以及原子对撞机设备等。美国机构中的原子级密封指的零泄漏。

3 阀门的密封型式及原理

3.1 密封型式

3.1.1 接触密封

利用外力使阀门与其他部件相互之间进行紧密接触使阀门部件之间的缝隙最小化，甚至消除他们之间的缝隙，这类密封叫做接触密封。接触密封从运动方面考虑又分为动密封和静密封。其中，静密封全部为接触密封。而动态密封有的为接触密封，有的为非接触密封[3]。接触密封要求比较高，标准也比较严格，正因如此，在一些容易产生摩擦的地方不宜使用接触密封，因为摩擦会产生部件磨损，不利于阀门的密封性。因此，接触密封适用于一些接触面运动相对少一些或者没有发生运动的地方。接触密封从材料弹力方面考虑，又分为弹性密封和非弹性密封。两者各有优缺点，其中弹性密封指的是通过具有弹性形变能力的高分子材料构成的部件之间，通过材料受力发生弹性形变来使阀门部件之间的缝隙最小化：甚至消除他们之间的缝隙的密封。弹性密封密封性比较好，且对部件性能要求低，使用成本低，维修方便，缺点就是对环境温度要求较高，温度太高会使高分子材料变得过软，影响气密性；温度过低就会使高分子材料变得过硬，使得部件在运动时容易摩擦损坏。非弹性密封指的是通过非弹性形变能力的材料构成的部件之间：材料微弹性形变以及其他补偿部件来使两者之间的缝隙最小化，甚至消除他们之间的缝隙的密封。非弹性密封虽然使用成本昂贵，对部件质量与精度要求很高，但适用温度范围广，使用寿命比较长。

3.1.2 非接触密封

阀门与其他部件相互之间留有一定的间隙，并没有紧密接触使阀门部件之间的缝隙最小化甚至消除他们之间的缝隙，这类密封叫做非接触密封。因为现实应用中阀门密封主要为接触密封，所以，重点介绍接触密封，非接触密封在此不一一叙述。

3.2 密封原理、泄漏原因与其相关建议

阀门密封主要目的是为了防止存储物质外泄，造成存储物质外泄的原因主要包括阀门部件之间存在间隙以及阀门部件之间有压力差[4]。其中阀门部件之间存在的间隙是造成阀门泄漏的主要原因。密封机制为通过一些介质利用不同的方法来使阀门部件之间的缝隙最小化甚至消除他们之间的缝隙，从而防止存储物质外泄。

因为大部分阀门间隙目前对阀门泄漏存储物质量多少的研究主要是通过毛细管原理来推导计算[5]。大量的实验数据显示，单位面积上的存储物质泄流量与近似为毛细管成的间隙直径以及物质密度为正比例关系，与部件间接触的面积大小成反比例关系。并且单位面积上的存储物质泄流量还与存储物质的流体性质有关系。但是这种推导方法实验条件要求严格，在实际应用中，达不到实验中的严格规范条件，所以这种理论目前对实际应用没有很大的实际意义。

只有保证阀门部件之间的间隙直径小于储存物质分子直径，存储物质才不会外泄。我们可得出，当阀门部件之间的间隙直径小于0.003μm的时候，存储物质才不会发生外泄。然而在实际应用中，由于科技技术的限制，阀门部件之间的间隙即使已经非常小了，其直径仍然远远大于0.003μm，因此通过技术工艺来降低部件之间的间隙直径来防止存储物质外泄是不可能实现的。因此，人们只能增大外力，使阀门部件之间产生微型变形，以使间隙尽量减小甚至消失，防止存储物质外泄。

3.2.1 对液体的密封性

液体的表面张力越大，液体的粘度越大，阀门的密封性就越好。当间隙的直径很小时，液体的表面张力就越大。在实际应用中，应该加大外力，尽量减小间隙直径。

3.2.2 对气体的密封性

气体的分子直径越大，气体的粘度越大，阀门的密封性就越好。通过上文讨论分析可知，即使间隙的直径很小，其直径仍然远远大于0.003μm，因此，通过技术工艺，来降低部件之间的间隙直径，来防止存储物质外泄是不可能实现的。在实际应用中应该加大外力，使阀门部件之间产生微型形变，尽量减小间隙直径。

4 结论

本文详细介绍了阀门的密封原理以及防止存储物质外泄的措施方法，对专业人员具有一定的参考作用。

[1]刘星，童金侠，马莉.机械密封泄漏原因分析与对策[J].辽宁化工，2011（06）.

[2]孙伟.氧化铝生产非接触式机械密封设计理念分析[J].电脑知识与技术，2011（21）.

[3]康立新.试论机械密封泄漏的原因及解决办法[J].中国石油和化工标准与质量，2011（06）.

[4]彭艳玲.离心泵密封的泄漏及防止[J].科技促进发展（应用版），2011（02）.

[5]马科笃，吴静，余笃军.RTY500压缩机十字头组件频繁故障的排除[J].中国设备工程，2011（07）.

TM621.7

A

1004-7344（2016）10-0321-01

2016-3-15

张圆圆（1984-），女，汉族，河南新郑人，助理工程师，研究方向为阀门。