试析阀门密封结构的改进与应用

    在目前的阀门使用上，最为普遍的问题就是阀门的强度失效与密封失效。对现代阀门密封结构设计影响的因素有：在密封结构中包括了复杂特性的密封元件；工作状态中密封结构所遇到的不稳定状况，例如温度、密封介质特性、压力等。所以在大部分情况下，阀门的设计人员往往使用传统凭经验确定密封结构的办法。而随着科技的发展，行业领域内对于阀门的密封结构做了大量的分析与研究，提出了许多阀门密封结构相关的设计方法与改进方法，以最大程度优化阀门密封结构的设计，改善阀门密封结构的有效性，并同时延长其使用寿命，提升工作效率。

    阀门密封可分作接触密封与非接触密封。前者依靠密封力让密封面能够互相接触同时嵌入，使其之间的间隙得以减少或者消除。而后者则是利用密封的组件对被密封的流体所产生压力降实现密封效果，其在密封的时候，动静件并不互相接触。而在接触密封中还能分成弹性与非弹性密封。前者弹性体采用高分子的弹性材料制作，可通过对变形的补偿，保证密封的效果。而后者则是采用金属或者石墨等非弹性的材料制作而成。

    2 截止阀密封结构改进

    2.1 问题分析

    截止阀的阀盘、阀座的内密封面是硬密封型，在密封效果失去后，若送回生产厂家进行修复，则成本较高。而在一般日常生产中，阀门密封结构损坏的修复方法有

    （1）利用研磨石或是砂纸同时加入适量的研磨剂对损伤部分进行研磨，但这个方法只适用于受损面较小的密封结构。

    （2）在车床上对受损伤的密封元件进行车削加工，其缺点是耗费时间长且修复后的密封件在材质、强度、结构组织等方面均发生一定变化，使其后续使用效果并不理想。

    2.2 密封结构改进

    综合对硬质密封结构不容易修复的特点进行考虑，在其阀盘的端面中心位置焊接全螺纹小螺栓一只，利用聚四氟乙烯或是橡胶板制作成与阀盘密封面同样尺寸的密封垫，再通过对垫片的调整与螺母的压紧装置把密封垫在阀芯上进行固定，就可实现与相配套阀座的使用，即图1。

图1 阀盘加软密封垫改进示意

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    2.3 改进效果

    经过对其改进后的反复试用效果良好，基本上没有对阀门流道的介质流速产生影响，密封结果良好，从而有效解决了因阀门密封面损坏且不易修复所产生的影响生产的问题。

    （1）当阀门再次出现内漏情况时，只要将磨损的密封垫进行更换就能完成修复，成本得到节约。

    （2）软质密封垫和硬质阀座的密封面形成了密封的接合面，从改进前刚性的硬密封面变成软硬接合密封面，与此同时加大了密封的面积。

    （3）当阀座的密封面产生较小损伤情况时，可利用调节阀门的丝杆开启度将软质密封垫压紧，以作补偿。

    2.4 改进注意点

    （1）在阀盘上所焊接的螺栓不能过长，不然则会因螺栓的过长因而抵住了阀体的内流道，形成密封面架空的情况，就发挥不了其密封的作用；在组装过程中要重点对丝杆开度进行检查并调整，以确保密封面能够严丝合缝。

    （2）其调整垫要选择合适的，衬垫的厚度应该稍小于或等于阀盘的密封面高度，以使软密封垫和阀盘的密封面处在一个平面之上紧密贴合。

    （3）在螺母旋紧以后适当作放松处理，以防止压紧的螺母发生脱落的情况。

    3 蝶阀密封结构改进

    3.1 问题分析

    目前的蝶阀密封结构均处于蝶板的正向受压状态之下时，其密封效果较好，而当介质反向对蝶板施压时，其密封效果就出现一定的瑕疵，这个问题在大口径阀门上特别突出。在供水管网的应用上，其阀门在关闭时的受压状态是不稳定的。在蝶板受压时，不管它的刚性再好、配合的间隙再小也都会造成因受力而变形，从而产生相对位移，而这种变化将直接对阀门密封性与启闭力矩产生影响，最终影响阀门的正常使用寿命。

    3.2 密封结构改进

    对蝶阀的结构设计上做了几个方面的改进，以保证双向金属型密封蝶阀的双向密封效果：

    （1）对下阀轴和阀体的固定使用较紧的过渡配合，以减少其配合间隙，从而改变蝶板的受力支承点，进而降低蝶板的受压变形量。

    （2）使用双偏心的球面结构和弹性薄壁的金属圈结构配合作为密封副，以实现对其位移的补偿与弹性变的补偿。在阀门处在开启的状态时，其将完全脱离而不会形成磨损，它采用不锈耐酸钢，避免了锈蚀情况的发生。当阀门处在关闭的状态时，因蝶板是球面的结构，使密封副的调整范围较宽，蝶板正向受压，导致弹性的金属密封圈一同位移的状态下，内径变大，比压值上升，幅度较小，蝶板反向受压，弹性的金属密封圈一同位移的状态下，内径缩小，比压值下降，但同时可以保证其最低密封的比压值，从而确保其反向密封的效果。

    3.3 改进效果

    因其改进保证了结构的设计，使双向金属的密封蝶阀使用寿命延长，可达普通蝶阀的3至5倍，同时有效减少使用单位阀门的更换频率，对使用单位的成本起到了很好的降低作用，加之因其开启力矩的变化较小，所以阀门的开启显得轻便且开启的圈数少，减少了相应的工作强度，提升了工作效率。