Zasada uszczelniania zaworów

Istnieje wiele rodzajów zaworów, ale ich podstawowa funkcja jest taka sama – łączenie lub odcinanie przepływu medium. Dlatego problem szczelności zaworów staje się bardzo istotny.

Aby zapewnić skuteczne odcięcie przepływu medium przez zawór i zapobiec wyciekom, konieczne jest zadbanie o nienaruszone uszczelnienie zaworu. Istnieje wiele przyczyn wycieków z zaworu, w tym niewłaściwa konstrukcja, wadliwe powierzchnie styku uszczelnień, luźne elementy mocujące, luźne pasowanie korpusu zaworu z pokrywą zaworu itp. Wszystkie te problemy mogą prowadzić do nieprawidłowego uszczelnienia zaworu, co z kolei może prowadzić do wycieków. Dlatego też,technologia uszczelniania zaworówjest ważną technologią związaną z wydajnością i jakością zaworów, wymagającą systematycznych i dogłębnych badań.

Od momentu powstania zaworów, ich technologia uszczelniania również uległa znacznemu rozwojowi. Do tej pory technologia uszczelniania zaworów koncentruje się głównie na dwóch głównych aspektach: uszczelnieniach statycznych i dynamicznych.

Tak zwane uszczelnienie statyczne zazwyczaj odnosi się do uszczelnienia między dwiema powierzchniami statycznymi. Metoda uszczelniania statycznego wykorzystuje głównie uszczelki.

Tak zwane uszczelnienie dynamiczne odnosi się głównie douszczelnienie trzonka zaworu, który zapobiega wyciekaniu medium z zaworu podczas ruchu trzpienia zaworu. Główną metodą uszczelnienia dynamicznego jest zastosowanie dławnicy.

1. Uszczelnienie statyczne

Uszczelnienie statyczne odnosi się do utworzenia uszczelnienia między dwoma nieruchomymi sekcjami, a metoda uszczelniania wykorzystuje głównie uszczelki. Istnieje wiele rodzajów podkładek. Do najczęściej stosowanych należą podkładki płaskie, podkładki w kształcie litery O, podkładki zwijane, podkładki o specjalnym kształcie, podkładki faliste i podkładki zwijane. Każdy rodzaj można dodatkowo podzielić ze względu na użyte materiały.
①Podkładka płaskaPodkładki płaskie to podkładki płaskie umieszczane płasko między dwoma nieruchomymi sekcjami. Ogólnie rzecz biorąc, w zależności od użytych materiałów, można je podzielić na plastikowe, gumowe, metalowe i kompozytowe. Każdy materiał ma swoje zastosowanie.
② Pierścień uszczelniający typu O. Pierścień uszczelniający typu O to uszczelka o przekroju w kształcie litery O. Dzięki temu przekrojowi ma on pewien efekt samodokręcania, co zapewnia lepsze uszczelnienie niż uszczelka płaska.
③Uwzględnij podkładki. Uszczelka owijana to uszczelka, która owija określony materiał na innym materiale. Taka uszczelka zazwyczaj charakteryzuje się dobrą elastycznością i może poprawić efekt uszczelnienia. ④Podkładki o specjalnym kształcie. Podkładki o specjalnym kształcie to uszczelki o nieregularnych kształtach, w tym podkładki owalne, diamentowe, zębate, jaskółcze itp. Podkładki te zazwyczaj mają efekt samodokręcania i są najczęściej stosowane w zaworach wysokiego i średniego ciśnienia.
⑤Podkładka falista. Uszczelki faliste to uszczelki o falistym kształcie. Zazwyczaj składają się one z połączenia materiałów metalowych i niemetalowych. Charakteryzują się zazwyczaj niewielką siłą docisku i dobrym efektem uszczelniającym.
⑥ Owiń podkładkę. Uszczelki zwijane odnoszą się do uszczelek utworzonych przez ciasne owinięcie cienkich pasków metalu i pasków niemetalu. Ten typ uszczelki ma dobrą elastyczność i właściwości uszczelniające. Materiały do produkcji uszczelek obejmują głównie trzy kategorie, a mianowicie materiały metalowe, materiały niemetalowe i materiały kompozytowe. Ogólnie rzecz biorąc, materiały metalowe mają wysoką wytrzymałość i dużą odporność na temperaturę. Powszechnie stosowane materiały metalowe to miedź, aluminium, stal itp. Istnieje wiele rodzajów materiałów niemetalowych, w tym produkty z tworzyw sztucznych, produkty gumowe, produkty azbestowe, produkty konopne itp. Te materiały niemetalowe są szeroko stosowane i mogą być dobierane zgodnie z konkretnymi potrzebami. Istnieje również wiele rodzajów materiałów kompozytowych, w tym laminaty, panele kompozytowe itp., które również są dobierane zgodnie z konkretnymi potrzebami. Ogólnie rzecz biorąc, najczęściej stosuje się podkładki faliste i podkładki spiralnie zwijane.

2. Uszczelnienie dynamiczne

Uszczelnienie dynamiczne to uszczelnienie, które zapobiega wyciekaniu medium przepływającego przez zawór podczas ruchu trzpienia zaworu. Jest to problem z uszczelnieniem podczas ruchu względnego. Główną metodą uszczelnienia jest dławnica. Istnieją dwa podstawowe rodzaje dławnic: dławnicowe i z nakrętką dociskową. Dławnica jest obecnie najczęściej stosowaną formą. Ogólnie rzecz biorąc, pod względem kształtu dławnicy można ją podzielić na dwa typy: kombinowany i integralny. Chociaż każda forma jest inna, zasadniczo zawierają one śruby do ściskania. Nakrętka dociskowa jest zazwyczaj stosowana w mniejszych zaworach. Ze względu na niewielkie rozmiary tego typu, siła ściskania jest ograniczona.
W dławnicy, ponieważ uszczelnienie ma bezpośredni kontakt z trzpieniem zaworu, musi ono charakteryzować się dobrym uszczelnieniem, niskim współczynnikiem tarcia, adaptacją do ciśnienia i temperatury medium oraz być odporne na korozję. Obecnie powszechnie stosowanymi wypełniaczami są gumowe pierścienie uszczelniające typu O-ring, szczeliwa plecione z politetrafluoroetylenu, szczeliwa azbestowe i wypełniacze do formowania tworzyw sztucznych. Każdy wypełniacz ma swoje własne warunki i zakres zastosowania i powinien być dobierany zgodnie z konkretnymi potrzebami. Uszczelnienie ma zapobiegać przeciekom, dlatego zasada uszczelniania zaworu jest również badana z perspektywy zapobiegania przeciekom. Istnieją dwa główne czynniki powodujące przecieki. Jednym z nich jest szczelina między parami uszczelniającymi, a drugim różnica ciśnień między obiema stronami pary uszczelniającej, co jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na szczelność. Zasada uszczelniania zaworu jest również analizowana z czterech aspektów: uszczelnienia cieczowego, uszczelnienia gazowego, zasady uszczelniania kanału wyciekowego i pary uszczelniającej zaworu.

Szczelność płynów

Właściwości uszczelniające cieczy zależą od lepkości i napięcia powierzchniowego cieczy. Gdy kapilara nieszczelnego zaworu jest wypełniona gazem, napięcie powierzchniowe może odpychać ciecz lub wprowadzać ją do kapilary. Tworzy to kąt styczny. Gdy kąt styczny jest mniejszy niż 90°, ciecz zostanie wtłoczona do kapilary i nastąpi wyciek. Wyciek występuje z powodu różnych właściwości mediów. Eksperymenty z różnymi mediami dadzą różne wyniki w tych samych warunkach. Można użyć wody, powietrza, nafty itp. Gdy kąt styczny jest większy niż 90°, również wystąpi wyciek. Jest to związane z warstwą smaru lub wosku na powierzchni metalu. Po rozpuszczeniu tych warstw powierzchniowych właściwości powierzchni metalu ulegają zmianie, a pierwotnie odpychana ciecz zwilży powierzchnię i spowoduje wyciek. W związku z powyższym, zgodnie ze wzorem Poissona, cel zapobiegania wyciekom lub ich zmniejszenia można osiągnąć poprzez zmniejszenie średnicy kapilary i zwiększenie lepkości medium.

Szczelność gazowa

Zgodnie ze wzorem Poissona, szczelność gazu jest związana z lepkością cząsteczek gazu i samego gazu. Nieszczelność jest odwrotnie proporcjonalna do długości kapilary i lepkości gazu oraz wprost proporcjonalna do średnicy kapilary i siły napędowej. Gdy średnica kapilary jest równa średniemu stopniowi swobody cząsteczek gazu, cząsteczki gazu będą wpływać do kapilary swobodnie, przemieszczając się pod wpływem ciepła. Dlatego, przeprowadzając test szczelności zaworu, medium musi być woda, aby uzyskać efekt uszczelnienia, a powietrze, czyli gaz, nie może tego osiągnąć.

Nawet jeśli zmniejszymy średnicę kapilary poniżej cząsteczek gazu poprzez odkształcenie plastyczne, nadal nie możemy zatrzymać przepływu gazu. Dzieje się tak, ponieważ gazy nadal mogą dyfundować przez metalowe ścianki. Dlatego wykonując testy gazowe, musimy być bardziej rygorystyczni niż w przypadku testów ciekłych.

Zasada uszczelniania kanału wyciekowego

Uszczelnienie zaworu składa się z dwóch części: nierówności rozłożonych na powierzchni fali oraz chropowatości fali w odległości między wierzchołkami fali. W przypadku, gdy większość materiałów metalowych w naszym kraju charakteryzuje się niskim odkształceniem sprężystym, aby uzyskać stan uszczelnienia, konieczne jest podwyższenie wymagań dotyczących siły ściskającej metalu, tzn. siła ściskająca musi przewyższać jego sprężystość. Dlatego podczas projektowania zaworu, dobiera się parę uszczelniającą z uwzględnieniem pewnej różnicy twardości. Pod wpływem ciśnienia powstanie pewien stopień odkształcenia plastycznego.

Jeśli powierzchnia uszczelniająca jest wykonana z materiałów metalowych, nierówne wystające punkty na powierzchni pojawią się najwcześniej. Początkowo wystarczy niewielkie obciążenie, aby spowodować odkształcenie plastyczne tych nierównych wystających punktów. Wraz ze wzrostem powierzchni styku, nierówności powierzchni przechodzą w odkształcenie plastyczno-sprężyste. W tym momencie po obu stronach wgłębienia pojawi się chropowatość. Gdy konieczne jest przyłożenie obciążenia, które może spowodować poważne odkształcenie plastyczne materiału pod spodem i doprowadzić do bliskiego kontaktu obu powierzchni, pozostałe ścieżki można wykonać wzdłuż linii ciągłej i w kierunku obwodowym.

Para uszczelek zaworowych

Para uszczelnień zaworu to część gniazda zaworu i elementu zamykającego, która zamyka się po zetknięciu się ze sobą. Podczas użytkowania metalowa powierzchnia uszczelniająca jest łatwo uszkadzana przez media, korozję, cząstki ścierne, kawitację i erozję, takie jak cząstki ścierne. Jeśli cząstki ścierne są mniejsze niż chropowatość powierzchni, dokładność powierzchni ulegnie poprawie, a nie pogorszeniu wraz ze zużyciem powierzchni uszczelniającej. Wręcz przeciwnie, dokładność powierzchni ulegnie pogorszeniu. Dlatego przy wyborze cząstek ściernych należy kompleksowo uwzględnić takie czynniki, jak ich materiał, warunki pracy, smarowność i korozja powierzchni uszczelniającej.

Podobnie jak w przypadku cząstek ściernych, wybierając uszczelki, musimy kompleksowo rozważyć różne czynniki wpływające na ich działanie, aby zapobiec wyciekom. Dlatego konieczne jest dobranie materiałów odpornych na korozję, zarysowania i erozję. W przeciwnym razie brak jakichkolwiek wymagań znacznie obniży skuteczność uszczelnienia.