Принцип герметизації клапана

Існує багато типів клапанів, але їхня основна функція однакова, а саме підключати або відключати потік середовища. Тому проблема герметизації клапанів стає дуже актуальною.

Щоб клапан міг добре перекривати потік середовища та запобігати витоку, необхідно переконатися в цілісності ущільнення клапана. Існує багато причин витоку клапана, включаючи неналежну конструктивну конструкцію, дефектні контактні поверхні ущільнення, нещільне кріплення деталей, нещільне прилягання між корпусом клапана та кришкою клапана тощо. Усі ці проблеми можуть призвести до неправильного ущільнення клапана. Що ж, створюючи проблему витоку. Тому...технологія герметизації клапанівє важливою технологією, пов'язаною з продуктивністю та якістю клапанів, і вимагає систематичних та поглиблених досліджень.

З моменту створення клапанів технологія їхнього ущільнення також зазнала значного розвитку. На сьогоднішній день технологія ущільнення клапанів в основному відображається у двох основних аспектах, а саме: статичному ущільненні та динамічному ущільненні.

Так зване статичне ущільнення зазвичай стосується ущільнення між двома статичними поверхнями. Метод герметизації статичного ущільнення переважно використовує прокладки.

Так зване динамічне ущільнення головним чином стосуєтьсягерметизація штока клапана, що запобігає витоку середовища в клапані під час руху штока клапана. Основним методом ущільнення динамічного ущільнення є використання сальникової коробки.

1. Статичне ущільнення

Статичне ущільнення стосується утворення ущільнення між двома нерухомими секціями, і цей метод ущільнення переважно використовує прокладки. Існує багато типів шайб. Найчастіше використовуються плоскі шайби, О-подібні шайби, обмотані шайби, шайби спеціальної форми, хвилясті шайби та спіральні шайби. Кожен тип можна додатково розділити залежно від різних використаних матеріалів.
①Плоска шайбаПлоскі шайби – це плоскі шайби, які розміщуються плоско між двома нерухомими секціями. Загалом, залежно від використовуваних матеріалів, їх можна розділити на пластикові плоскі шайби, гумові плоскі шайби, металеві плоскі шайби та композитні плоскі шайби. Кожен матеріал має свою власну область застосування.
②Кільце ущільнювача. Кільце ущільнювача – це прокладка з О-подібним поперечним перерізом. Оскільки його поперечний переріз має О-подібну форму, воно має певний ефект самозатягування, тому герметичність краща, ніж у плоскої прокладки.
③Включно з шайбами. Обгортальна прокладка означає прокладку, яка огортає певний матеріал іншим матеріалом. Така прокладка зазвичай має добру еластичність і може посилити ефект герметизації. ④Шайби спеціальної форми. Шайби спеціальної форми стосуються прокладок неправильної форми, включаючи овальні шайби, алмазні шайби, зубчасті шайби, шайби типу «ластівчин хвіст» тощо. Ці шайби зазвичай мають самозатягувальний ефект і здебільшого використовуються в клапанах високого та середнього тиску.
⑤Хвиляста шайба. Хвилясті прокладки – це прокладки, що мають лише хвилясту форму. Ці прокладки зазвичай складаються з комбінації металевих та неметалевих матеріалів. Вони, як правило, мають характеристики невеликого зусилля притискання та хорошого герметизуючого ефекту.
⑥ Оберніть шайбу. Намотувані прокладки – це прокладки, утворені шляхом щільного обгортання тонких металевих та неметалевих смуг разом. Цей тип прокладки має хорошу еластичність та герметичні властивості. Матеріали для виготовлення прокладок в основному включають три категорії, а саме: металеві матеріали, неметалеві матеріали та композитні матеріали. Загалом, металеві матеріали мають високу міцність та високу термостійкість. Зазвичай використовуються металеві матеріали, такі як мідь, алюміній, сталь тощо. Існує багато видів неметалевих матеріалів, включаючи пластикові вироби, гумові вироби, вироби з азбесту, вироби з конопель тощо. Ці неметалеві матеріали широко використовуються та можуть бути вибрані відповідно до конкретних потреб. Існує також багато видів композитних матеріалів, включаючи ламінат, композитні панелі тощо, які також вибираються відповідно до конкретних потреб. Як правило, найчастіше використовуються гофровані шайби та спірально намотувані шайби.

2. Динамічне ущільнення

Динамічне ущільнення – це ущільнення, яке запобігає витоку потоку середовища в клапані під час руху штока клапана. Це проблема герметизації під час відносного руху. Основним методом ущільнення є сальникова камера. Існує два основних типи сальникових камер: сальниковий тип та тип з компресійною гайкою. Сальниковий тип є найпоширенішою формою наразі. Загалом, з точки зору форми сальника, його можна розділити на два типи: комбінований тип та інтегральний тип. Хоча кожна форма відрізняється, вони в основному включають болти для стиснення. Тип з компресійною гайкою зазвичай використовується для менших клапанів. Через невеликий розмір цього типу сила стиснення обмежена.
У сальниковій коробці, оскільки набивка безпосередньо контактує зі штоком клапана, вона повинна мати хороше ущільнення, малий коефіцієнт тертя, бути здатною адаптуватися до тиску та температури середовища, а також бути стійкою до корозії. Наразі зазвичай використовуються наповнювачі, такі як гумові кільця ущільнювачів, плетені набивки з політетрафторетилену, азбестові набивки та наповнювачі для лиття під тиском. Кожен наповнювач має свої власні умови та діапазон застосування, і його слід вибирати відповідно до конкретних потреб. Ущільнення призначене для запобігання витоку, тому принцип ущільнення клапана також вивчається з точки зору запобігання витоку. Існує два основні фактори, що спричиняють витік. Один з найважливіших факторів, що впливає на характеристики герметизації, це зазор між парами ущільнень, а інший - різниця тисків між обома сторонами пари ущільнень. Принцип ущільнення клапана також аналізується з чотирьох аспектів: рідинне ущільнення, газове ущільнення, принцип ущільнення каналу витоку та пара ущільнень клапана.

Герметичність рідини

Герметичні властивості рідин визначаються в'язкістю та поверхневим натягом рідини. Коли капіляр клапана, що протікає, заповнений газом, поверхневий натяг може відштовхувати рідину або вводити рідину в капіляр. Це створює кут дотичної. Коли кут дотичної менше 90°, рідина впорскується в капіляр, і виникне витік. Витік виникає через різні властивості середовища. Експерименти з використанням різних середовищ дадуть різні результати за однакових умов. Можна використовувати воду, повітря або гас тощо. Коли кут дотичної більше 90°, також виникне витік. Це пов'язано з жировою або восковою плівкою на поверхні металу. Після розчинення цих поверхневих плівок властивості поверхні металу змінюються, і спочатку відштовхувана рідина змочує поверхню та витікає. З огляду на вищезазначену ситуацію, згідно з формулою Пуассона, мети запобігання витоку або зменшення кількості витоку можна досягти шляхом зменшення діаметра капіляра та збільшення в'язкості середовища.

Газогерметичність

Згідно з формулою Пуассона, герметичність газу пов'язана з в'язкістю молекул газу та самого газу. Витік обернено пропорційний довжині капілярної трубки та в'язкості газу, і прямо пропорційний діаметру капілярної трубки та рушійній силі. Коли діаметр капілярної трубки дорівнює середньому ступеню свободи молекул газу, молекули газу будуть текти в капілярну трубку з вільним тепловим рухом. Тому, коли ми проводимо випробування на герметичність клапана, середовищем має бути вода для досягнення ефекту герметизації, а повітря, тобто газ, не може досягти ефекту герметизації.

Навіть якщо ми зменшимо діаметр капіляра під молекулами газу за допомогою пластичної деформації, ми все одно не зможемо зупинити потік газу. Причина полягає в тому, що гази все ще можуть дифундувати крізь металеві стінки. Тому, коли ми проводимо газові випробування, ми повинні бути суворішими, ніж під час випробувань рідин.

Принцип герметизації каналу витоку

Ущільнення клапана складається з двох частин: нерівності, розподіленої по поверхні хвилі, та шорсткості хвилястості на відстані між вершинами хвилі. У випадку, коли більшість металевих матеріалів у нашій країні мають низьку пружну деформацію, для досягнення герметичного стану необхідно висувати вищі вимоги до сили стиснення металевого матеріалу, тобто сила стиснення матеріалу повинна перевищувати його пружність. Тому під час проектування клапана ущільнювальна пара підбирається з певною різницею твердості. Під дією тиску буде виникати певний ступінь пластичної деформації ущільнювального ефекту.

Якщо ущільнювальна поверхня виготовлена з металевих матеріалів, то нерівні виступаючі точки на поверхні з'являться раніше. Спочатку лише невелике навантаження може викликати пластичну деформацію цих нерівних виступаючих точок. Коли контактна поверхня збільшується, нерівність поверхні перетворюється на пластично-пружну деформацію. У цей час у заглибленні з'являється шорсткість з обох боків. Коли необхідно прикласти навантаження, яке може викликати серйозну пластичну деформацію підкладкового матеріалу, і це призведе до тісного контакту двох поверхонь, ці залишкові шляхи можна зблизити вздовж безперервної лінії та окружного напрямку.

Пара ущільнень клапанів

Ущільнювальна пара клапана – це частина сідла клапана та запірного елемента, яка закривається, коли вони контактують один з одним. Під час використання металева ущільнювальна поверхня легко пошкоджується захопленим середовищем, корозією середовища, частинками зносу, кавітацією та ерозією. Наприклад, частинками зносу. Якщо частинки зносу менші за шорсткість поверхні, точність поверхні покращиться, а не погіршиться, коли ущільнювальна поверхня зношується. Навпаки, точність поверхні погіршиться. Тому під час вибору частинок зносу необхідно всебічно враховувати такі фактори, як їхні матеріали, умови роботи, змащувальна здатність та корозія ущільнювальної поверхні.

Так само, як і у випадку з частинками зносу, під час вибору ущільнень ми повинні всебічно враховувати різні фактори, що впливають на їхню ефективність, щоб запобігти витоку. Тому необхідно вибирати матеріали, стійкі до корозії, подряпин та ерозії. В іншому випадку відсутність будь-якої вимоги значно знизить ефективність герметизації.