暗杆式平行闸板阀阀杆密封分析

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闸板 阀密封主要有 阀座与闸板之 间的密封 、衬 套与阀座和衬 套与阀体之 间的密封以及 阀杆 密封 。阀杆带动 闸板使 阀门开启和关闭，是可动件 ，也是最易产生外漏的部位 ，必须保证阀杆密封的可靠性 。

1闸板阀阀杆密封的服役条件和技术要求图l为-种暗杆式平行闸板 阀，其 中阀杆密封i2是-种U形填料密封 ，如图2所示。

其外壳为聚四氟乙烯塑料 ，U型腔内填充氟橡胶，氟橡胶与壳体之 间用TS-2塑料胶粘剂填 实粘牢。

安装时填料 密封1 2与阀杆7的外径和阀盖9的内孔都有预压缩 量，其截面压缩量为 12.5%。初始密封即低压密封就是靠填料密封 的预压缩 量实现的 。

闸板阀关闭时，在高压作用下，阀腔中会充满 介质 ，从而对填料密 封的底部 作用很高的压力 ，从而使密封外 壳更加贴 紧相对的密封面 ，从而保证阀杆 的高压 密封 。

- 般 闸板 润是唱或 常 闭的 ，在特定情况下需要关 闭或打开阀门 ，因此要 求手动闸板阀的启闭扭矩小于l 8O Nm。

U型阀杆填料密封外壳采用聚 四氟乙烯塑料 ，与钢件形成密封副 ，摩擦系数小 ，可以有效降低摩擦扭矩 ；填料采 用氟橡胶 ，依靠其高弹性能 ，保证填料密封 的密封性能。

2 闸板阀阀杆密封受力分析2.1闸板阀密封安装分析图3是闸板阀阀杆密封的安装简 图。闸板阀阀杆密封的安装过程如下 ：把U型填料密封(41：5的组合体)套在阀杆2上 ，再把阀杆2与闸板(图中未画)连接好 ，然后用密封卫 ! / -- - - 卫 . f 圈 羹鼠 ! !，阢 .，/ . t5- ， - - 13 I/ ， - v 12I：士 lIO I1 L ，-、，-上! I 9 - 8： I： 7- - 6《/// /// -c 厂 枣 //// /// // / ! l～///入。

- - 图 1 暗杆式平行闸板阀图 2 U形填料密封压盖6将U型填料密封压人阀盖3中。

阀杆 密封 安装 到位 后的阀杆 密封的变形和应 力分布。图中显示 阀杆密封在安装中，外壳受到挤 压作用 ，填料被挤 出，如 果填料 和外壳粘结不好 ，就有可能与外壳分离 ；外 壳 内 圆 的 底 部 所 受 的 拉 应 力为20 MPa，该处有可能发生撕裂；同时填料密封与阀杆的预压缩量为4.7%，与阀盖孔的预压缩量为3.5%，两者压缩量不-致 ，导致密封 发生 图中所示 的扭转。

(图4)为阀杆密封安装到位后 阀杆密封面的接触应力。图中显示密封接触压力大于6 MPa，在无压情况下足以满足密封要求。

2.2闸板阀承受介质压力 70 MP a时阀杆密封分析图5为介 质压 力70 MPa时阀杆密封的变形和应 力分布 。图中显示在密封内孔的上边缘，外壳收到严重的挤压 ；整个密封包括填料和外壳均 只受压应 力作 用，最大压应力为70 MPa，位于密封外壳的外缘靠近底部处，该处可能发生挤压破坏 。

图6为介质压力70 MPa时阀杆密封的接触应力分布 。图中显示在密 封不发生 损坏的情况下 ，密封 与阀杆接触面 的接触应 力为69.5～75 MPa，密封 与阀盖接触面的接触应力为62～75 MPa，可以满足密封要求。

通过 以上分析 ，从理 论上得 出如 下结论：(1)在密封圈不发生撕裂、挤毁损坏的情况下，其接触应力可以满足密封要求；(2)在密封 圈安 装到位后 ，外壳内 圆的底部拉 应力最大 ，有可能发生撕裂 ；在 介质压力达到70 MPa时 ，外壳的外缘靠近底部处压应力最大，可能发生挤压破坏 ；(3)在密封圈安装过程 中，填料从U型外壳中挤出，可能与外壳分离；在介质压 力达到70 MPa时，外壳内孔的上边缘受到严重挤压 ，可能发生破坏 。

3阀杆密封扭矩分析闸板阀启闭扭矩 最大时的位置在 闸板接近完全关 闭或 闸板 刚打开处 ，此时的扭矩包括阀杆与阀杆 密封之 间的摩擦扭矩 、阀杆螺纹与闸板 螺纹之 间的摩擦扭矩 。

对阀杆与阀杆密封之间的摩擦扭矩进行了计算。计算结果是当密封压力为70 MPa，阀杆密封 外壳与阀杆 的动摩擦系数为0.1时 ，阀杆与阀杆密封的摩擦扭矩是 lO5 Nm，换算到手轮处 ，需403.5 N的力〖虑到还要加 上阀杆螺 纹 与闸板 螺纹 之 间的 摩擦扭矩 ，特 别是闸板单 向受压 力作用后发生横向位移 ，还 会导致 阀杆 与闸板 连接螺 纹摩①作者简介 ：牛永春 ，现任承德江钻石油机械有限责任公 司产 品研究所所长 ，中级职称。

邵增元 ，现在江钻股份技术中心技术中心基醇术研究所从事石油机械产品的研究开发工作，高级工程师。

陈志华，现在江钻股份技术中心基醇术研究所从事石油机械产品的研究开发工作，高级工程师。