电站阀门密封性能分析

学术论文 2017-11-02 11:39:53
    引言
    随着科学技术的不断发展,为了保障电站系统的稳定运行,对于电站阀门的密封性能提出了愈来愈高的要求。如果阀门的密封性能不好,就会出现泄漏问题,不仅影响了设备的正常运行,还会产生严重的经济损失。电站阀门的泄漏主要由两种形式,即内漏和外漏。其中,内漏问题主要发生在阀座与关闭件的接触面上。在填料函以及连接法兰的垫片处则容易出现外漏问题。接下来,文章将对于电站阀门的密封形式、密封原理以及影响密封性能的主要因素进行详细地分析与探讨。
    1 电站阀门的密封形式
    电站阀门的密封形式可以大致分为以下两种形式:(1)接触密封;(2)非接触密封。靠密封力使密封面相互靠紧、接触并嵌入以减小或消除间隙的各类密封为接触密封,例如:阀座密封面、填料与阀杆及法兰密封等。密封面间预留固定的装配间隙,无需密封力压紧密封面的各类密封为非接触密封。根据接触密封副相对运动可以分为动密封和静密封。动密封既包括接触型,也包括非接触型。与动密封相比,静密封从总体上来看都属于接触密封。受摩擦磨损等因素的限制,通常来讲,接触型动密封具有一定的局限性,仅在密封面相对运动速度不高的场合得到应用。
    根据密封材料的弹性性质,还可以将电站阀门中的接触型密封划分为弹性密封与非弹性密封。其中,弹性密封的弹性体是用高分子弹性材料制成的。而非弹性体密封面是用金属或石墨等非弹性体材料制成的。弹性密封的密封性比较好,不但结构简单,价格相对来讲也不高,但是由于适用的温度范围较窄,通常用于参数不高的密封。非弹性密封对于加工精度的要求比较高,因此,在温度方面的使用范围宽,能够适用于高参数密封。
    2 电站阀门的密封原理
    阀门的密封功能主要是为了防止泄漏。阀门出现泄漏的原因有多个方面,主要包括以下两点:(1)密封副之间存在着间隙;(2)密封副的两侧存在着压差。其中,密封副之间存在间隙是影响电站阀门密封性能的主要因素。因此,电站阀门的基本原理是采用多种方式避免介质的泄漏。
    电站阀门的表面结构是由两部分构成的,波峰间距离的波纹度和散布在波形面上非常小的不平整度构成的粗糙度。为了提高电站阀门的密封性能,避免介质泄漏,密封表面间的间隙理论上应当小于流体分子直径。但是,在实际应用过程中,电站阀门表面结构的金属即使被精细地研磨,其糙度仍然大于水分子直径的三十倍。由此可知,通过采用降低密封面粗糙度的这一方法,是很难提高电站阀门的密封性。只能通过加大比压,对于密封面上的微观轮廓峰进行压平,使其产生塑性变形,才能保证间隙变小,最终达到对于流体的密封效果。
    3 影响阀门密封性能的因素
    电站阀门在实际应用的过程中,有时会受到介质的物理性质、密封比压、密封副结构及质量等因素的影响,使得电站阀门的密封性能降低,出现流体的泄漏现象。
    3.1 介質的物理性质
    在电站阀门的应用过程中,介质的物理性质对其密封性能会产生一定的影响。介质的物理性质可以大致分为三个方面,即粘度、温度以及亲水性等。
    通常来讲,气体的粘度要小于液体的粘度,气体的渗透能力要强于液体。因此,除了饱和蒸汽以外,压缩气体比液体更容易发生泄漏。对于电站阀门进行密封试验时,运用气体做试验,要比液体做试验严格。尤其是用于气体介质的电站阀门,一定要运用气体来进行试验。
    受温度的影响,气体与液体的粘度也会发生变化。当温度升高时,气体的粘度会相应的增大,而液体的粘度会相应的减小。与此同时,温度的变化还会引起零件尺寸的改变以及密封副的破坏与松弛。为了有效避免因温度的变化而对电站阀门的密封性能产生影响,可以将阀门密封副设计成具有热补偿性。
    接触表面亲水性是影响电站阀门密封性能的另一个重要的物理性质。就电站阀门的泄漏现象而言,通常是由于毛细孔特性所引起的。当接触表面有一层很薄的油膜时,其亲水性就会受到一定的破坏。因此,为了保证电站阀门的密封性能,在做密封试验时,应当尽可能的除去阀腔内密封面上的油脂。
    3.2 密封面比压
    密封面比压对于电站阀门的密封性能也会产生一定的影响。比压的大小不仅会影响电站阀门的密封性能,还会对其使用寿命产生直接的影响。比压的大小是由阀前与阀后的压力差以及外加密封力所决定的。通常情况下,比压过小,容易引起电站阀门泄漏现象的发生;比压过大,电站阀门容易受到损坏。因此,为了保证电站阀门的密封性能,应当在设计的过程中,综合考量多方面的影响因素,确定出最合理的比压大小。
    3.3 密封副结构
    密封副的结构并不是绝对刚性的。如果受到温度的变化,或者是外加密封力等因素的影响,密封副的结构就会出现一定的变化,从而对于密封副之间的相互作用力产生不利的影响,最终降低了阀门的整体密封性能。因此,为了有效避免因密封副结构变化而降低电站阀门的密封性能,应当确保密封件具有弹性变形能力。
    3.4 密封副质量
    密封副的质量同样会影响电站阀门的整体密封性能。具体来讲密封副质量的高低,主要是由材料选择、匹配以及制造精度来决定的。就材料选择方面而言,为了提高电站阀门的整体密封性能,在阀门阀杆填料函密封结构形式已经确定的前提下,应当尽可能的选择摩擦系数小、弹性好以及耐腐蚀性强的密封填料。当阀瓣与阀座密封面吻合度比较高时,就会在一定程度上增加流体的阻力,从而提高了电站阀门的密封性。
    4 增强电站阀门密封性能的相关措施
    通过上文的分析可知,电站阀门在具体应用的过程中,其密封性能会受到多方面因素的影响。为了增强电站阀门密封性能、防止泄漏现象的发生概率,可以采用以下几点措施:首先,在材料许用应力范围内,可以适当的加大比压,将密封面上微观高峰压平,生产弹性塑性变形,确保密封面的间隙变小,增强阀门的密封性能。其次,当密封副采用油脂密封时,应当注意确保油膜的完好无损,从而提高电站阀门的密封性能。再次,密封件应具有一定的弹性变形,以补偿温度及结构变化引起的密封副之间相互作用力的下降。最后,电站阀门材料的选择对各设备及所在系统的安全稳定运行起着非常关键的作用,因此,密封填料应选择具有弹性及延伸性好、耐腐蚀性强、机械强度高、摩擦系数小的特性材料。
    5 结束语
    为了保障电站系统的稳定运行,阀门作为重要的流体控制设备,应当注重对于密封性能的提高。文章首先分析了电站阀门的密封形式,在此基础上,探讨了电站阀门的主要密封原理,并详细介绍了影响密封性能的主要因素,从而提出增强电站阀门密封性能的相关措施,以供相关人员参考与借鉴。
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