電站閥門密封性能分析

仲崇峰

摘 要：在電站系統(tǒng)中，閥門是重要的流體控制設(shè)備，電站閥門的質(zhì)量對于電站系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行，起到了至關(guān)重要的作用。在電站系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，有一部分電站事故是由于電站閥門出現(xiàn)泄漏所造成的。因此，研究如何提高電站閥門的性能，降低泄漏問題的發(fā)生概率，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。文章在簡要敘述電站閥門密封原理的基礎(chǔ)上，對于引起閥門泄漏的原因進(jìn)行分析，提出了改進(jìn)電站閥門密封性能的相關(guān)措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：電站閥門；密封；泄漏

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了保障電站系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對于電站閥門的密封性能提出了愈來愈高的要求。如果閥門的密封性能不好，就會出現(xiàn)泄漏問題，不僅影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，還會產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。電站閥門的泄漏主要由兩種形式，即內(nèi)漏和外漏。其中，內(nèi)漏問題主要發(fā)生在閥座與關(guān)閉件的接觸面上。在填料函以及連接法蘭的墊片處則容易出現(xiàn)外漏問題。接下來，文章將對于電站閥門的密封形式、密封原理以及影響密封性能的主要因素進(jìn)行詳細(xì)地分析與探討。

1 電站閥門的密封形式

電站閥門的密封形式可以大致分為以下兩種形式：（1）接觸密

封；（2）非接觸密封。靠密封力使密封面相互靠緊、接觸并嵌入以減小或消除間隙的各類密封為接觸密封，例如：閥座密封面、填料與閥桿及法蘭密封等。密封面間預(yù)留固定的裝配間隙，無需密封力壓緊密封面的各類密封為非接觸密封。根據(jù)接觸密封副相對運(yùn)動可以分為動密封和靜密封。動密封既包括接觸型，也包括非接觸型。與動密封相比，靜密封從總體上來看都屬于接觸密封。受摩擦磨損等因素的限制，通常來講，接觸型動密封具有一定的局限性，僅在密封面相對運(yùn)動速度不高的場合得到應(yīng)用。

根據(jù)密封材料的彈性性質(zhì)，還可以將電站閥門中的接觸型密封劃分為彈性密封與非彈性密封。其中，彈性密封的彈性體是用高分子彈性材料制成的。而非彈性體密封面是用金屬或石墨等非彈性體材料制成的。彈性密封的密封性比較好，不但結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格相對來講也不高，但是由于適用的溫度范圍較窄，通常用于參數(shù)不高的密封。非彈性密封對于加工精度的要求比較高，因此，在溫度方面的使用范圍寬，能夠適用于高參數(shù)密封。

2 電站閥門的密封原理

閥門的密封功能主要是為了防止泄漏。閥門出現(xiàn)泄漏的原因有多個(gè)方面，主要包括以下兩點(diǎn)：（1）密封副之間存在著間隙；（2）密封副的兩側(cè)存在著壓差。其中，密封副之間存在間隙是影響電站閥門密封性能的主要因素。因此，電站閥門的基本原理是采用多種方式避免介質(zhì)的泄漏。

電站閥門的表面結(jié)構(gòu)是由兩部分構(gòu)成的，波峰間距離的波紋度和散布在波形面上非常小的不平整度構(gòu)成的粗糙度。為了提高電站閥門的密封性能，避免介質(zhì)泄漏，密封表面間的間隙理論上應(yīng)當(dāng)小于流體分子直徑。但是，在實(shí)際應(yīng)用過程中，電站閥門表面結(jié)構(gòu)的金屬即使被精細(xì)地研磨，其糙度仍然大于水分子直徑的三十倍。由此可知，通過采用降低密封面粗糙度的這一方法，是很難提高電站閥門的密封性。只能通過加大比壓，對于密封面上的微觀輪廓峰進(jìn)行壓平，使其產(chǎn)生塑性變形，才能保證間隙變小，最終達(dá)到對于流體的密封效果。

3 影響閥門密封性能的因素

電站閥門在實(shí)際應(yīng)用的過程中，有時(shí)會受到介質(zhì)的物理性質(zhì)、密封比壓、密封副結(jié)構(gòu)及質(zhì)量等因素的影響，使得電站閥門的密封性能降低，出現(xiàn)流體的泄漏現(xiàn)象。

3.1 介質(zhì)的物理性質(zhì)

在電站閥門的應(yīng)用過程中，介質(zhì)的物理性質(zhì)對其密封性能會產(chǎn)生一定的影響。介質(zhì)的物理性質(zhì)可以大致分為三個(gè)方面，即粘度、溫度以及親水性等。

通常來講，氣體的粘度要小于液體的粘度，氣體的滲透能力要強(qiáng)于液體。因此，除了飽和蒸汽以外，壓縮氣體比液體更容易發(fā)生泄漏。對于電站閥門進(jìn)行密封試驗(yàn)時(shí)，運(yùn)用氣體做試驗(yàn)，要比液體做試驗(yàn)嚴(yán)格。尤其是用于氣體介質(zhì)的電站閥門，一定要運(yùn)用氣體來進(jìn)行試驗(yàn)。

受溫度的影響，氣體與液體的粘度也會發(fā)生變化。當(dāng)溫度升高時(shí)，氣體的粘度會相應(yīng)的增大，而液體的粘度會相應(yīng)的減小。與此同時(shí)，溫度的變化還會引起零件尺寸的改變以及密封副的破壞與松弛。為了有效避免因溫度的變化而對電站閥門的密封性能產(chǎn)生影響，可以將閥門密封副設(shè)計(jì)成具有熱補(bǔ)償性。

接觸表面親水性是影響電站閥門密封性能的另一個(gè)重要的物理性質(zhì)。就電站閥門的泄漏現(xiàn)象而言，通常是由于毛細(xì)孔特性所引起的。當(dāng)接觸表面有一層很薄的油膜時(shí)，其親水性就會受到一定的破壞。因此，為了保證電站閥門的密封性能，在做密封試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能的除去閥腔內(nèi)密封面上的油脂。

3.2 密封面比壓

密封面比壓對于電站閥門的密封性能也會產(chǎn)生一定的影響。比壓的大小不僅會影響電站閥門的密封性能，還會對其使用壽命產(chǎn)生直接的影響。比壓的大小是由閥前與閥后的壓力差以及外加密封力所決定的。通常情況下，比壓過小，容易引起電站閥門泄漏現(xiàn)象的發(fā)生；比壓過大，電站閥門容易受到損壞。因此，為了保證電站閥門的密封性能，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)的過程中，綜合考量多方面的影響因素，確定出最合理的比壓大小。

3.3 密封副結(jié)構(gòu)

密封副的結(jié)構(gòu)并不是絕對剛性的。如果受到溫度的變化，或者是外加密封力等因素的影響，密封副的結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)一定的變化，從而對于密封副之間的相互作用力產(chǎn)生不利的影響，最終降低了閥門的整體密封性能。因此，為了有效避免因密封副結(jié)構(gòu)變化而降低電站閥門的密封性能，應(yīng)當(dāng)確保密封件具有彈性變形能力。

3.4 密封副質(zhì)量

密封副的質(zhì)量同樣會影響電站閥門的整體密封性能。具體來講密封副質(zhì)量的高低，主要是由材料選擇、匹配以及制造精度來決定的。就材料選擇方面而言，為了提高電站閥門的整體密封性能，在閥門閥桿填料函密封結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)確定的前提下，應(yīng)當(dāng)盡可能的選擇摩擦系數(shù)小、彈性好以及耐腐蝕性強(qiáng)的密封填料。當(dāng)閥瓣與閥座密封面吻合度比較高時(shí)，就會在一定程度上增加流體的阻力，從而提高了電站閥門的密封性。

4 增強(qiáng)電站閥門密封性能的相關(guān)措施

通過上文的分析可知，電站閥門在具體應(yīng)用的過程中，其密封性能會受到多方面因素的影響。為了增強(qiáng)電站閥門密封性能、防止泄漏現(xiàn)象的發(fā)生概率，可以采用以下幾點(diǎn)措施：首先，在材料許用應(yīng)力范圍內(nèi)，可以適當(dāng)?shù)募哟蟊葔海瑢⒚芊饷嫔衔⒂^高峰壓平，生產(chǎn)彈性塑性變形，確保密封面的間隙變小，增強(qiáng)閥門的密封性能。其次，當(dāng)密封副采用油脂密封時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意確保油膜的完好無損，從而提高電站閥門的密封性能。再次，密封件應(yīng)具有一定的彈性變形，以補(bǔ)償溫度及結(jié)構(gòu)變化引起的密封副之間相互作用力的下降。最后，電站閥門材料的選擇對各設(shè)備及所在系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著非常關(guān)鍵的作用，因此，密封填料應(yīng)選擇具有彈性及延伸性好、耐腐蝕性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、摩擦系數(shù)小的特性材料。

5 結(jié)束語

為了保障電站系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，閥門作為重要的流體控制設(shè)備，應(yīng)當(dāng)注重對于密封性能的提高。文章首先分析了電站閥門的密封形式，在此基礎(chǔ)上，探討了電站閥門的主要密封原理，并詳細(xì)介紹了影響密封性能的主要因素，從而提出增強(qiáng)電站閥門密封性能的相關(guān)措施，以供相關(guān)人員參考與借鑒。

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