2.2.2 影響閥座密封的因素

閥瓣和閥座之間的密封性能良好是對閥門的基本要求，影響閥座密封性能的因素很多也很復(fù)雜，其中最主要的有以下幾個方面。

（1）密封面上的比壓 比壓是作用于密封面單位面積上的正壓力。產(chǎn)生比壓的力有兩部分，第一部分是閥瓣前后介質(zhì)壓力差作用在密封面上的力，第二部分是外部施加的作用在密封面上的力。有些結(jié)構(gòu)的閥門（如漿料球閥）是以閥瓣前后壓力差作用在密封面上的力為主要密封力，外部施加的作用在密封面上的力僅用于補充其不足部分。另一些結(jié)構(gòu)的閥門（如取樣閥、三通換向閥、排盡閥等）是以外部施加在密封面上的力為主要密封力，閥瓣前后的壓力差不能產(chǎn)生足夠的密封比壓。比壓的大小直接影響閥門的密封性、可靠性及使用壽命。

閥座密封比壓的大小必須在一個合適的范圍內(nèi)，如果密封比壓太小，則不能達到密封效果；密封比壓太大，則有可能破壞密封副的結(jié)構(gòu)。所以閥座密封的實際密封比壓應(yīng)在要求的最小值和允許的最大值之間。密封面單位面積上允許承載的最大正壓力稱為該材料的許用密封比壓，閥座密封副常用材料的許用比壓數(shù)值見第9章的表9-5。此數(shù)值沒有反映出在該數(shù)值下閥門的啟閉次數(shù)，可以看作某一額定啟閉次數(shù)下的密封比壓值，而此額定啟閉次數(shù)可以認為是最低限度的使用周期。由此可見，在閥門關(guān)閉操作過程中用力大小要合適，關(guān)閉力過大會破壞閥座或閥瓣密封面。

試驗證明，在其他條件相同的情況下，泄漏量與閥瓣前后壓力差的2次方成正比。因此，泄漏量的增大速率超過了壓力差的增大速率。

（2）密封副的質(zhì)量 閥座與閥瓣緊密接觸形成密封副，密封副的質(zhì)量主要包括密封副材料的質(zhì)量、密封副零部件（主要指閥體、閥瓣和閥座）加工制造的表面粗糙度、形狀和位置公差，即閥瓣和閥座之間的吻合度等。如果吻合度高，則增加了流體沿密封面運動的阻力，從而提高了密封性。一般要求三通換向閥柱塞的圓柱度公差為GB/T 1184—1996《形狀和位置公差 未注公差值》規(guī)定的9級，大直徑平面密封閥座和閥瓣的平面度公差為GB/T 1184—1996《形狀和位置公差 未注公差值》規(guī)定的9級或配對研磨。

表面粗糙度對密封性的影響也是很大的，當表面粗糙度值較大且比壓小時，泄漏量比較大。而當比壓逐漸增大時，表面粗糙度對泄漏量的影響顯著減少，這是因為密封面上的微觀鋸齒狀尖峰被壓平了。非金屬材料的閥座密封面比較軟，表面粗糙度對密封性的影響比較小；金屬材料的閥座是金屬對金屬的“剛性”密封面，表面粗糙度對密封性的影響就要大得多。

有一種理論分析認為，只有當密封副之間的間隙小于流體分子直徑時，才能保證流體不滲漏，由此可以認為，防止流體滲漏的間隙值必須小于0.003μm。但是，即使是經(jīng)過精細研磨的金屬表面，凸峰高度仍然超過0.1μm，即比水分子直徑要大30倍。由此可見，只依靠降低密封副表面粗糙度值的方法來提高密封性是難以成功的。密封副表面粗糙度和表面形狀偏差對密封性的影響程度迄今尚無數(shù)據(jù)可查。

密封副質(zhì)量除了影響密封性以外，還直接影響閥門的使用壽命，因此，加工制造時必須提高密封副的質(zhì)量。

（3）流體的物理性質(zhì) 與滲漏有關(guān)的流體物理性質(zhì)主要包括黏度、溫度、表面親水性等，現(xiàn)在就這三個方面分別敘述如下：

1）黏度的影響。被密封流體的滲透能力與它的黏度緊密相關(guān)。在其他條件相同的情況下，流體的黏度越大，其滲透能力越差，幾何分析常用氣體與液體的黏度可以得出以下結(jié)論：

①液體的黏度比氣體的黏度大幾十倍，故氣體的滲透能力比液體強，但飽和蒸汽除外，飽和蒸汽容易保證密封性。

②壓縮氣體比液體更容易泄漏。

2）溫度的影響。流體的滲透能力與黏度有關(guān)，而黏度又會隨著流體溫度的變化而變化。氣體的黏度隨溫度的升高而增大，它與成正比，T是氣體的熱力學(xué)溫度，單位為K。液體的黏度則相反，它隨溫度的升高而急劇減小，且與T3成反比。

此外，因溫度變化而引起零件尺寸的改變將造成密封副內(nèi)接觸應(yīng)力的變化，并可能引起密封的破壞，對于低溫或高溫流體的密封其影響尤為顯著。因為與流體接觸的密封副通常比受力零件（如法蘭、螺栓）的溫度更低些（或更高些），這就更容易引起密封副部件的松弛。

在低溫條件下工作時，形成密封比壓的條件是復(fù)雜的，多種密封材料，如橡膠、塑料（聚四氟乙烯除外）在20～77K的低溫下，會因喪失塑性而變脆。而在高溫條件下，這些材料的穩(wěn)定性又會受到高溫的限制。因此，在選擇密封材料時要考慮溫度的影響。

3）表面親水性的影響。表面親水性對滲漏的影響是由毛細孔特性引起的，當表面有一層很薄的油膜時，破壞了接觸面間的親水性，并且堵塞了流體通道，這樣就需要較大的壓力差才能使流體通過毛細孔。因此，在工況條件允許的情況下，可以在閥門密封副處添加適當?shù)拿芊庥椭蕴岣呙芊庑院褪褂脡勖Ｔ诓捎糜椭芊鈺r，應(yīng)注意工作過程中若油膜減少，須及時補充油脂。所采用的油脂不能溶于工作介質(zhì)，也不應(yīng)該蒸發(fā)、硬化或有其他化學(xué)變化。

（4）密封副的結(jié)構(gòu)和尺寸

1）密封副結(jié)構(gòu)的影響。軟密封閥門的密封副由閥體、閥座和閥瓣（或旋塞）三者形成：硬密封閥門的閥體和閥座是一體的，所以其密封副是由閥瓣（或柱塞）和閥體兩者形成的。閥體和閥瓣除承受密封所需的力作用以外，還要承受流體壓力的作用。在溫度變化或其他因素的影響下，結(jié)構(gòu)尺寸必然產(chǎn)生變化，這便會改變密封副之間的相互作用力，使密封性降低。為了補償這種變化帶來的密封比壓下降，應(yīng)使密封副組成的零件產(chǎn)生一定的彈性變形。采用非金屬閥座就是利用非金屬具有彈性補償?shù)奶匦裕行┙饘倜芊忾y門采用彈性支承結(jié)構(gòu)形式，這些都是改善密封性的積極措施。

2）密封面寬度的影響。從理論上來講，密封面的寬度決定了毛細孔的長度，當寬度加大時，流體沿毛細孔的運動路程成正比例增加，而泄漏量則成反比例減小。但實際上并非如此，因為密封副的接觸面不能完全吻合，當產(chǎn)生變形以后，密封面的寬度不能全部有效地起到密封作用。另一方面，密封面寬度越大，所需要的密封力也越大，因此，合理的密封面寬度是保證閥門密封性理想的重要因素。