管線球閥中軟密封閥座的合理性設(shè)計建議

1、<p>　　管線球閥中軟密封閥座的合理性設(shè)計建議</p><p>　　摘要：管線球閥中軟密封閥座使用的范圍越來越廣，客戶對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Workbench的舉例說明通過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)用的范圍越來越廣，在沒有溫度要求和漿料類的介質(zhì)環(huán)境中軟密封閥座的球閥越來越為廣大客戶所青睞。球閥中最重要的設(shè)計理念是：“在小的操作力矩下保證球閥的密封性”?，F(xiàn)在生產(chǎn)球閥的廠家中，軟密封閥座的設(shè)計一般都是在加工中自己摸索出相對傳統(tǒng)軟密封閥座使用操作力矩比較小的軟密封閥座?，F(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、天然氣及燃氣管線中，使用范圍越來越廣泛，所以如何設(shè)計出更合理的產(chǎn)品是所有閥門設(shè)計人員應(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密封性能的重要性 </p><p>　　1.全通徑球閥有兩個閥座，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法消除，暫時所有球閥密封面的接觸無法達到面密封的要求。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.粗糙度對密封性能的影響也很大，當(dāng)粗糙度高，比壓小時，泄漏量增大。而當(dāng)比壓大時，粗糙度對泄漏量的影響顯著減小，這是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)計理念 </p><p>　　1.由于閥座不是絕對剛性的，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，這會改變密封副之間的相互作用力，從而使密封性能下降。為補償結(jié)構(gòu)缺陷，通常在設(shè)計中會使用彈性元件或金屬彈性支撐墊圈。 </p><p>　　2.在球閥使用中，密封面的大

7、小不會影響閥門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保證密封。所以合理的閥座密封面設(shè)計是設(shè)計者關(guān)注的問題和持續(xù)改進的方向。 </p><p>　　三、比壓對壽命的影響 </p><p>　　在實際設(shè)計中，密封比壓的選定是根據(jù)設(shè)計比壓的大小而決定。選擇比壓應(yīng)使密封可靠，壽命長和結(jié)構(gòu)緊湊。因此，合理的選擇設(shè)計比壓，是設(shè)計中一個重要問題。此值對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、配對以及吻合度對使用壽命也有影響，但在相同條件下，比壓對壽命是一個直接的影響因素。對于球閥，比壓與使用壽命的關(guān)系，目前還不能得到可靠地數(shù)據(jù)。但是其他閥門，例如閘閥的試驗研究表明，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理中的“分子-機械”論得到解釋。該理論認為，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，在相對滑動時，則產(chǎn)生擦傷破壞。 </p><p>　　由此可見，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來查看設(shè)計是否合理 </p><p>　　在前文中一再強調(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、可靠性和延長使用壽命的根本方法。先舉例說明如何運

10、用Workbench軟件選擇出最為理想的密封比壓，在生產(chǎn)前解決在裝配時會遇到的給密封副多少密封比壓的問題。 </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，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)計與選用》，位

12、移量符合設(shè)計要求，當(dāng)球體和密封閥座累積誤差加大的情況下，可以適當(dāng)增加比壓已達到好的密封性能。 </p><p><b>　　五、結(jié)語 </b></p><p>　　通過Workbench軟件的輔助分析結(jié)果，可以更直觀的看到設(shè)計所選的密封比壓是否符合實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算值。相對小的密封比壓可以大大減小閥門的操作力矩，使

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