彈性密封閘閥原理詳解

彈性密封閘閥的工作壓力一般在1.6MPa 以下, 工作溫度不超過80 ℃, 廣泛用于給排水管道。閘閥的密封副由包膠閘板和表面靜電噴塑的鐵制閥體密封面組成。閘板包覆的膠料選用70A 的丁腈橡膠, 殼體表面包括密封面噴敷的是環氧樹脂。橡膠的彈性模量很低, 在較小的密封力作用下, 即能得到較大彈塑性變形, 對泄漏間隙產生足夠的填塞密封作用。但其許用比壓也較低, 如施以過大密封力造成過度壓縮, 會給橡膠帶來永久性的變形, 從而喪失密封能力而發生泄漏。合理地選擇橡膠壓縮率, 適當地協調密封副的結構參數, 不僅關系到能否提供閥門必需的密封條件和使用壽命, 還涉及到閥門能否具備正常的啟閉力矩。

彈性密封楔式閘閥是直通式, 閥體流道底部不設凹坑。因此改變了楔式閘閥單純靠楔面密封的方式, 由Z 軸方向往前后擠壓的兩片1215°楔面、X軸方向往左右擠壓的兩段40°斜面以及在Y軸方向往下擠壓的圓弧面同步實現三維密封(圖1) 。兩側楔面因楔角的存在, 密封時向下位移距離較長,為減少楔面包膠在移動過程中的磨損, 一般是選取較大楔角, 或以Y 軸為軸線讓楔面以小角度向兩側傾斜, 順序遞減壓縮量。圖中的斜面選擇了與圓弧面走向最為接近的40°斜角, 由斜平面與斜棱組合, 上邊與楔面上的涂黑(圖1) 平面銜接, 下邊 與圓弧面相切, 完成了從楔面到圓弧面密封的交接轉向。

無論是明桿還是暗桿楔式閘閥, 閘板在密封過程都會受到介質靜壓力的作用, 并由于閥桿等零件裝配間隙的存在, 使閘板向介質流動方向游移, 使出口密封面進一步被壓縮。同時, 進口楔面的壓縮也因此被等量縮減, 削弱甚至喪失密封條件, 形成單側楔面的強制性密封。

由于橡膠本身是不可壓縮的, 所以被壓縮的橡膠會向周邊空間擴脹。圖中楔面和斜棱的斷面均為棱形, 因此最后形成密封的接觸寬度要比削去壓縮量后所測到的寬度要寬。其中楔面上部的棱形斷面在被壓縮過程, 會沿β角向兩側的α角分界線方向順序遞減 壓縮量, 并使密封面寬度均衡擴脹到9mm 左右, 以相近的寬度與兩側的長條密封面銜接。 不同的斜度和結構使各密封面寬度呈多樣性,所需的最小壓縮率和向下位移量也各不相同。因此閘板密封面的結構參數如設置不當, 就不能形成同步密封, 以至于某段密封面的壓縮率超出正常選擇范圍, 過小則形不成密封, 過大則壓縮過度。

橡膠密封的壓縮率選取范圍宜在8 %～40 %之間, 閘板的包膠硬度65～70A 較好。通過對閥體和閘板密封面結構參數的調整, 可以協調各方位橡膠密封面的壓縮率和向下位移量, 以最小關閉力矩實現閥門的三維同步密封。閥體流道半徑的公差帶和閥體楔面大端開襠公差帶取±110mm 為宜。如果放棄調整和控制,閥門的關閉力矩將會成倍上升, 影響包膠閘板的使用壽命。閥門關閉力矩的計算值和實測值相近, 因此其分析方法和計算值可以為彈性密封閘閥密封條件的分析、設計和質量控制提供參考, 為零件的強度計算和結構的優化設計提供依據。

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