Klepafdichtingsprincipe

Er zijn veel soorten kleppen, maar hun basisfunctie is hetzelfde: het verbinden of afsluiten van de mediastroom. Het afdichtingsprobleem van kleppen speelt dan ook een grote rol.

Om ervoor te zorgen dat de klep de mediumstroom goed kan afsluiten en lekkage kan voorkomen, is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de afdichting van de klep intact is. Er zijn vele redenen voor kleplekkage, waaronder een onredelijk structureel ontwerp, defecte afdichtingscontactvlakken, losse bevestigingsonderdelen, een losse pasvorm tussen de klepbehuizing en het klepdeksel, enz. Al deze problemen kunnen leiden tot een slechte klepafdichting. En zo een lekkageprobleem creëren. Daaromklepafdichtingstechnologieis een belangrijke technologie die verband houdt met klepprestaties en -kwaliteit en die systematisch en diepgaand onderzoek vereist.

Sinds de uitvinding van kleppen heeft ook de afdichtingstechnologie een enorme ontwikkeling doorgemaakt. Tot nu toe wordt de afdichtingstechnologie van kleppen voornamelijk weerspiegeld in twee belangrijke aspecten: statische afdichting en dynamische afdichting.

De zogenaamde statische afdichting verwijst meestal naar de afdichting tussen twee statische oppervlakken. De afdichtingsmethode van statische afdichting maakt voornamelijk gebruik van pakkingen.

De zogenaamde dynamische afdichting heeft voornamelijk betrekking opde afdichting van de klepsteel, die voorkomt dat het medium in de klep lekt bij beweging van de klepsteel. De belangrijkste afdichtingsmethode van dynamische afdichting is het gebruik van een pakkingbus.

1. Statische afdichting

Statische afdichting verwijst naar de vorming van een afdichting tussen twee stationaire delen, en de afdichtingsmethode maakt voornamelijk gebruik van pakkingen. Er zijn veel soorten ringen. De meest gebruikte ringen zijn onder andere vlakke ringen, O-ringen, gewikkelde ringen, speciaal gevormde ringen, gegolfde ringen en gewikkelde ringen. Elk type kan verder worden onderverdeeld op basis van de verschillende gebruikte materialen.
①Platte ringVlakke ringen zijn ringen die plat tussen twee stationaire delen worden geplaatst. Afhankelijk van het gebruikte materiaal kunnen ze worden onderverdeeld in kunststof ringen, rubberen ringen, metalen ringen en composiet ringen. Elk materiaal heeft zijn eigen toepassingsbereik.
2 O-ring. Een O-ring verwijst naar een pakking met een O-vormige doorsnede. Omdat de doorsnede O-vormig is, heeft deze een zekere zelfklemmende werking, waardoor de afdichting beter is dan die van een vlakke pakking.
③ Inclusief ringen. Een gewikkelde pakking verwijst naar een pakking die een bepaald materiaal om een ander materiaal wikkelt. Zo'n pakking heeft over het algemeen een goede elasticiteit en kan het afdichtende effect verbeteren. ④ Speciaal gevormde ringen. Speciaal gevormde ringen verwijzen naar pakkingen met onregelmatige vormen, zoals ovale ringen, ruitvormige ringen, tandwielringen, zwaluwstaartringen, enz. Deze ringen hebben over het algemeen een zelfklemmend effect en worden meestal gebruikt in hoge- en middeldrukventielen.
5. Golfring. Golfpakkingen zijn pakkingen die alleen een golfvorm hebben. Deze pakkingen bestaan meestal uit een combinatie van metalen en niet-metalen materialen. Ze hebben over het algemeen de eigenschappen van een lage perskracht en een goede afdichting.
⑥ Wikkel de ring. Gewikkelde pakkingen zijn pakkingen die worden gevormd door dunne metalen en niet-metalen strips strak tegen elkaar te wikkelen. Dit type pakking heeft een goede elasticiteit en afdichtingseigenschappen. De materialen voor het maken van pakkingen omvatten voornamelijk drie categorieën: metalen, niet-metalen en composietmaterialen. Over het algemeen hebben metalen materialen een hoge sterkte en een hoge temperatuurbestendigheid. Veelgebruikte metalen materialen zijn koper, aluminium, staal, enz. Er zijn veel soorten niet-metalen materialen, waaronder kunststofproducten, rubberproducten, asbestproducten, hennepproducten, enz. Deze niet-metalen materialen worden veel gebruikt en kunnen worden geselecteerd op basis van specifieke behoeften. Er zijn ook veel soorten composietmaterialen, waaronder laminaten, composietpanelen, enz., die ook worden geselecteerd op basis van specifieke behoeften. Over het algemeen worden gegolfde ringen en spiraalgewonden ringen het meest gebruikt.

2. Dynamische afdichting

Dynamische afdichting verwijst naar een afdichting die voorkomt dat de mediumstroom in de klep lekt bij beweging van de klepsteel. Dit is een afdichtingsprobleem tijdens relatieve beweging. De belangrijkste afdichtingsmethode is de pakkingbus. Er zijn twee basistypen pakkingbussen: het type met pakkingbus en het type met drukmoer. Het type met pakkingbus is momenteel de meest gebruikte vorm. Over het algemeen kan de vorm van de pakkingbus worden onderverdeeld in twee typen: het gecombineerde type en het integrale type. Hoewel elke vorm anders is, bevatten ze in principe bouten voor compressie. Het type met drukmoer wordt over het algemeen gebruikt voor kleinere kleppen. Door de kleine afmetingen van dit type is de compressiekracht beperkt.
In de pakkingbus, aangezien de pakking in direct contact staat met de klepsteel, moet de pakking een goede afdichting hebben, een lage wrijvingscoëfficiënt, zich kunnen aanpassen aan de druk en temperatuur van het medium en corrosiebestendig zijn. Veelgebruikte vulstoffen zijn onder andere rubberen O-ringen, gevlochten polytetrafluorethyleenpakking, asbestpakking en kunststof gietvullers. Elke vulstof heeft zijn eigen toepassingsomstandigheden en -bereik en moet worden geselecteerd op basis van specifieke behoeften. Afdichting is bedoeld om lekkage te voorkomen, dus het principe van klepafdichting wordt ook bestudeerd vanuit het perspectief van lekkagepreventie. Er zijn twee belangrijke factoren die lekkage veroorzaken. De belangrijkste factor die de afdichtingsprestaties beïnvloedt, is de opening tussen de afdichtingsparen, en de andere is het drukverschil tussen beide zijden van het afdichtingspaar. Het klepafdichtingsprincipe wordt ook geanalyseerd vanuit vier aspecten: vloeistofafdichting, gasafdichting, lekkanaalafdichting en klepafdichtingspaar.

Vloeistofdichtheid

De afdichtingseigenschappen van vloeistoffen worden bepaald door de viscositeit en oppervlaktespanning van de vloeistof. Wanneer het capillair van een lekkende klep met gas gevuld is, kan de oppervlaktespanning de vloeistof afstoten of vloeistof in het capillair brengen. Dit creëert een raaklijnhoek. Wanneer de raaklijnhoek kleiner is dan 90°, wordt er vloeistof in het capillair geïnjecteerd en treedt er lekkage op. Lekkage treedt op vanwege de verschillende eigenschappen van de media. Experimenten met verschillende media zullen onder dezelfde omstandigheden verschillende resultaten opleveren. U kunt water, lucht of kerosine gebruiken, enz. Wanneer de raaklijnhoek groter is dan 90°, treedt er ook lekkage op. Dit komt doordat de lekkage verband houdt met de vet- of wasfilm op het metaaloppervlak. Zodra deze oppervlaktefilms oplossen, veranderen de eigenschappen van het metaaloppervlak en zal de oorspronkelijk afgestoten vloeistof het oppervlak bevochtigen en lekken. Gezien bovenstaande situatie 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 recht evenredig met de diameter van de capillaire buis en de drijvende kracht. Wanneer de diameter van de capillaire buis gelijk is aan de gemiddelde vrijheidsgraad van de gasmoleculen, zullen de gasmoleculen met een vrije thermische beweging de capillaire buis instromen. Daarom moet het medium water zijn om de afdichting te bereiken bij het uitvoeren van de klepafdichtingstest, en lucht, oftewel gas, kan dit effect niet bereiken.

Zelfs als we de capillaire diameter onder de gasmoleculen verkleinen door middel van plastische vervorming, kunnen we de gasstroom nog steeds niet stoppen. Dit komt doordat gassen nog steeds door de metaalwanden kunnen diffunderen. Daarom moeten we bij gastesten strenger zijn dan bij vloeistoftesten.

Het afdichtingsprincipe van het lekkanaal

De klepafdichting bestaat uit twee delen: de oneffenheid die zich over het golfoppervlak verspreidt en de ruwheid van de golving in de afstand tussen de golftoppen. In het geval dat de meeste metalen materialen in ons land een lage elastische rek hebben, moeten we, om een afgedichte toestand te bereiken, hogere eisen stellen aan de drukkracht van het metaalmateriaal; dat wil zeggen dat de drukkracht van het materiaal groter moet zijn dan de elasticiteit. Daarom wordt bij het ontwerp van de klep rekening gehouden met een bepaald hardheidsverschil. Onder invloed van druk zal een zekere mate van plastische vervorming en een afdichtend effect ontstaan.

Als het afdichtingsoppervlak van metaal is, zullen de oneffen uitstekende punten het eerst zichtbaar worden. In het begin kan slechts een kleine belasting worden gebruikt om plastische vervorming van deze oneffen uitstekende punten te veroorzaken. Naarmate het contactoppervlak toeneemt, verandert de oneffenheid in plastisch-elastische vervorming. Op dat moment zal er aan beide zijden ruwheid in de uitsparing ontstaan. Wanneer het nodig is om een belasting toe te passen die ernstige plastische vervorming van het onderliggende materiaal kan veroorzaken, en de twee oppervlakken nauw contact met elkaar te maken, kunnen deze resterende paden dicht langs de doorlopende lijn en de omtreksrichting worden gemaakt.

Klepafdichtingspaar

Het klepafdichtingspaar is het deel van de klepzitting en het sluitelement dat sluit wanneer ze met elkaar in contact komen. Tijdens gebruik kan het metalen afdichtingsoppervlak gemakkelijk beschadigd raken door meegevoerde media, mediacorrosie, slijtagedeeltjes, cavitatie en erosie. Slijtagedeeltjes zijn bijvoorbeeld verantwoordelijk voor de beschadiging. Als de slijtagedeeltjes kleiner zijn dan de oppervlakteruwheid, zal de oppervlaktenauwkeurigheid verbeteren in plaats van verslechteren wanneer het afdichtingsoppervlak inslijt. Integendeel, de oppervlaktenauwkeurigheid zal verslechteren. Daarom moeten bij de keuze van slijtagedeeltjes factoren zoals hun materialen, werkomstandigheden, smering en corrosie op het afdichtingsoppervlak uitgebreid in overweging worden genomen.

Net als bij slijtagedeeltjes moeten we bij de selectie van afdichtingen rekening houden met verschillende factoren die hun 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 ontbreken van een vereiste de afdichtingsprestaties aanzienlijk verminderen.