Principe van klepafdichting

Er bestaan ​​veel soorten kleppen, maar hun basisfunctie is hetzelfde: het openen of sluiten van de doorstroming van een medium. Daarom is het afdichtingsprobleem van kleppen van groot belang.

Om ervoor te zorgen dat de klep de mediumstroom goed afsluit en lekkage voorkomt, is het noodzakelijk dat de afdichting van de klep intact is. Er zijn vele oorzaken voor lekkage van kleppen, waaronder een onredelijk constructieontwerp, defecte afdichtingsoppervlakken, losse bevestigingsonderdelen, een slechte passing tussen het klephuis en het klepdeksel, enzovoort. Al deze problemen kunnen leiden tot een onjuiste afdichting van de klep, waardoor lekkage ontstaat. Daarom is het belangrijk om de afdichting van de klep goed te controleren.klepafdichtingstechnologieHet is een belangrijke technologie die verband houdt met de prestaties en kwaliteit van kleppen en die systematisch en diepgaand onderzoek vereist.

Sinds de uitvinding van kleppen heeft ook de afdichtingstechnologie ervan een grote ontwikkeling doorgemaakt. Tot nu toe komt de afdichtingstechnologie van kleppen hoofdzakelijk tot uiting in twee belangrijke aspecten: statische afdichting en dynamische afdichting.

De zogenaamde statische afdichting verwijst meestal naar de afdichting tussen twee statische oppervlakken. Bij een statische afdichting worden hoofdzakelijk pakkingen gebruikt.

De zogenaamde dynamische afdichting verwijst hoofdzakelijk naarde afdichting van de klepstangDit voorkomt dat het medium in de klep lekt door de beweging van de klepstang. De belangrijkste afdichtingsmethode van een dynamische afdichting is het gebruik van een pakkingbus.

1. Statische afdichting

Statische afdichting verwijst naar het vormen van een afdichting tussen twee stationaire delen, waarbij hoofdzakelijk gebruik wordt gemaakt van pakkingen. Er bestaan ​​veel soorten ringen. De meest gebruikte ringen zijn onder andere platte ringen, O-vormige ringen, gewikkelde ringen, ringen met een speciale vorm, golfringen en opgerolde ringen. Elk type kan verder worden onderverdeeld op basis van de gebruikte materialen.
①Platte ringPlatte ringen zijn ringen die plat tussen twee vaste onderdelen worden geplaatst. Over het algemeen kunnen ze, afhankelijk van het gebruikte materiaal, worden onderverdeeld in kunststof platte ringen, rubberen platte ringen, metalen platte ringen en composiet platte ringen. Elk materiaal heeft zijn eigen toepassingsgebied.
② O-ring. Een O-ring is een pakking met een O-vormige doorsnede. Door deze O-vormige doorsnede heeft de O-ring een zelfaanspannend effect, waardoor de afdichting beter is dan bij een platte pakking.
③ Inclusief ringen. Een gewikkelde pakking is een pakking waarbij een bepaald materiaal om een ​​ander materiaal heen is gewikkeld. Zo'n pakking heeft over het algemeen een goede elasticiteit en kan de afdichting verbeteren. ④ Speciaal gevormde ringen. Speciaal gevormde ringen zijn pakkingen met onregelmatige vormen, zoals ovale ringen, ruitvormige ringen, tandwielringen, zwaluwstaartringen, enzovoort. Deze ringen hebben over het algemeen een zelfaanspannende werking en worden vooral gebruikt in hogedruk- en middendrukventielen.
⑤ Golfring. Golfringen zijn pakkingen die uitsluitend een golfvorm hebben. Deze pakkingen zijn meestal samengesteld uit een combinatie van metalen en niet-metalen materialen. Ze kenmerken zich over het algemeen door een lage drukkracht en een goede afdichting.
⑥ Wikkel de ring. Gewikkelde pakkingen zijn pakkingen die gevormd worden door dunne metalen en niet-metalen strips strak om elkaar heen te wikkelen. Dit type pakking heeft een goede elasticiteit en afdichtende eigenschappen. De materialen voor het maken van pakkingen vallen hoofdzakelijk in drie categorieën: metalen, niet-metalen en composietmaterialen. Over het algemeen hebben metalen materialen een hoge sterkte en een goede temperatuurbestendigheid. Veelgebruikte metalen materialen zijn onder andere koper, aluminium en staal. Er zijn veel soorten niet-metalen materialen, waaronder kunststof, rubber, asbest en hennep. Deze niet-metalen materialen worden veel gebruikt en kunnen worden gekozen op basis van specifieke behoeften. Er zijn ook veel soorten composietmaterialen, zoals laminaten en composietpanelen, die eveneens worden gekozen op basis van specifieke behoeften. Over het algemeen worden gegolfde ringen en spiraalvormige ringen het meest gebruikt.

2. Dynamische afdichting

Dynamische afdichting verwijst naar een afdichting die voorkomt dat het medium in de klep lekt bij beweging van de klepstang. Dit is een afdichtingsprobleem dat optreedt bij relatieve beweging. De belangrijkste afdichtingsmethode is de pakkingbus. Er zijn twee basistypen pakkingbussen: het type met pakkingbus en het type met compressiemoeren. Het type met pakkingbus is momenteel de meest gebruikte variant. Over het algemeen kan de pakkingbus qua vorm worden onderverdeeld in twee typen: gecombineerd type en integraal type. Hoewel beide typen verschillen, bevatten ze in principe bouten voor compressie. Het type met compressiemoeren wordt over het algemeen gebruikt voor kleinere kleppen. Vanwege de kleine afmetingen van dit type is de compressiekracht beperkt.
In de pakkingbus, waar de pakking direct contact maakt met de klepstang, moet deze een goede afdichting hebben, een lage wrijvingscoëfficiënt, bestand zijn tegen de druk en temperatuur van het medium en corrosiebestendig zijn. Veelgebruikte vulmaterialen zijn onder andere rubberen O-ringen, gevlochten polytetrafluorethyleenpakkingen, asbestpakkingen en kunststof vulmaterialen. Elk vulmateriaal heeft zijn eigen toepassingsmogelijkheden en bereik en moet worden gekozen op basis van de specifieke behoeften. Afdichting is bedoeld om lekkage te voorkomen, daarom wordt het principe van klepafdichting ook vanuit het perspectief van lekpreventie bestudeerd. Er zijn twee belangrijke factoren die lekkage veroorzaken. De belangrijkste factor die de afdichtingsprestaties beïnvloedt, is de spleet tussen de afdichtingsparen, en de drukverschil tussen beide zijden van het afdichtingspaar. Het principe van klepafdichting wordt ook geanalyseerd vanuit vier aspecten: vloeistofafdichting, gasafdichting, afdichting van het lekkanaal en het afdichtingspaar van de klep.

Vloeistofdichtheid

De afdichtingseigenschappen van vloeistoffen worden bepaald door de viscositeit en oppervlaktespanning van de vloeistof. Wanneer de capillair van een lekkende klep gevuld is met gas, kan de oppervlaktespanning de vloeistof afstoten of juist in de capillair brengen. Dit creëert een raakhoek. Wanneer de raakhoek kleiner is dan 90°, zal vloeistof in de capillair worden geïnjecteerd en zal er lekkage optreden. Lekkage wordt veroorzaakt door de verschillende eigenschappen van het medium. Experimenten met verschillende media zullen onder dezelfde omstandigheden verschillende resultaten opleveren. Men kan bijvoorbeeld water, lucht of kerosine gebruiken. Wanneer de raakhoek groter is dan 90°, zal er ook lekkage optreden. Dit heeft te maken met de vet- of waslaag op het metalen oppervlak. Zodra deze oppervlaktelagen oplossen, veranderen de eigenschappen van het metalen oppervlak en zal de oorspronkelijk afgestoten vloeistof het oppervlak bevochtigen en lekken. Gezien het bovenstaande kan, volgens de formule van Poisson, het doel om lekkage te voorkomen of de hoeveelheid lekkage te verminderen worden bereikt door de diameter van de capillair te verkleinen en de viscositeit van het medium te verhogen.

Gasdichtheid

Volgens de formule van Poisson is de dichtheid van een gas gerelateerd aan de viscositeit van de gasmoleculen en het gas zelf. Lekkage is omgekeerd evenredig met de lengte van de capillaire buis en de viscositeit van het gas, en rechtstreeks evenredig met de diameter van de capillaire buis en de drijvende kracht. Wanneer de diameter van de capillaire buis gelijk is aan de gemiddelde bewegingsvrijheid van de gasmoleculen, zullen de gasmoleculen door vrije thermische beweging de capillaire buis instromen. Daarom moet bij een klepafdichtingstest water als medium worden gebruikt om een ​​goede afdichting te garanderen; lucht, oftewel gas, kan dit effect niet bereiken.

Zelfs als we de capillaire diameter door plastische vervorming verkleinen tot onder de gasmoleculen, kunnen we de gasstroom nog steeds niet stoppen. De reden hiervoor is dat gassen nog steeds door de metalen wanden kunnen diffunderen. Daarom moeten we bij gastesten strenger te werk gaan dan bij vloeistoftesten.

Het afdichtingsprincipe van een lekkanaal.

De klepafdichting bestaat uit twee delen: de ongelijkmatigheid die over het golfoppervlak is verdeeld en de ruwheid van de golvingen tussen de golftoppen. Aangezien de meeste metalen in ons land een lage elasticiteitsmodulus hebben, moeten we, om een ​​goede afdichting te verkrijgen, hogere eisen stellen aan de druksterkte van het metaal; de druksterkte moet namelijk groter zijn dan de elasticiteitsmodulus. Daarom wordt bij het ontwerpen van de klep rekening gehouden met een bepaald hardheidsverschil tussen de afdichtingsmaterialen. Onder invloed van druk ontstaat er een zekere mate van plastische vervorming die bijdraagt ​​aan de afdichting.

Als het afdichtingsoppervlak van metaal is gemaakt, zullen er het eerst oneffenheden en uitsteeksels op het oppervlak verschijnen. In eerste instantie kan een kleine belasting al plastische vervorming van deze oneffenheden veroorzaken. Naarmate het contactoppervlak groter wordt, verandert de oneffenheid in plastisch-elastische vervorming. Op dat moment zal er aan beide zijden van de uitsparing ruwheid ontstaan. Wanneer een belasting nodig is die ernstige plastische vervorming van het onderliggende materiaal veroorzaakt en de twee oppervlakken nauw met elkaar verbindt, kunnen deze resterende sporen langs een doorlopende lijn en in de omtrekrichting worden afgevlakt.

Klepafdichtingsset

Het afdichtingspaar van een klep is het deel van de klepzitting en het sluitstuk dat sluit wanneer ze met elkaar in contact komen. Tijdens gebruik kan het metalen afdichtingsoppervlak gemakkelijk beschadigd raken door ingesloten media, corrosie door media, slijtagepartikels, cavitatie en erosie. Slijtagepartikels zijn bijvoorbeeld schadelijk. Als de slijtagepartikels kleiner zijn dan de oppervlakteruwheid, zal de oppervlaktenauwkeurigheid verbeteren in plaats van verslechteren naarmate het afdichtingsoppervlak slijt. In het tegenovergestelde geval zal de oppervlaktenauwkeurigheid juist verslechteren. Daarom moet bij de selectie van slijtagepartikels rekening worden gehouden met factoren zoals het materiaal, de bedrijfsomstandigheden, de smerende eigenschappen en de corrosie van het afdichtingsoppervlak.

Net als bij slijtagepartikels moeten we bij de selectie van afdichtingen rekening houden met diverse factoren die de prestaties beïnvloeden om lekkage te voorkomen. Daarom is het noodzakelijk om materialen te kiezen die bestand zijn tegen corrosie, krassen en erosie. Anders zal het niet voldoen aan een van deze eisen de afdichtingsprestaties aanzienlijk verminderen.