FESTO電磁閥密封結構的分析與研究

    FESTO電磁閥密封結構的分析與研究
    FESTO電磁閥無論在什么時候調節閥都不允許有外漏現象，而外漏的主要途徑之一是介質從閥桿處外泄，為防止上述情況.的發生，一般采用填料密封，即在閥桿處用填料函密封，如圖1所示。
    FESTO電磁閥其密封原則是根據使用工況，填料4在壓蓋2的壓力作用下，產生一定的徑向力，使其緊密與閥桿1和閥蓋3接觸，從而防止液體或氣體等介質外泄。
    1 填料密封主密封壓力的計算
    如上所述，通過擰緊壓蓋2上的螺栓，對填料函（即閥蓋）3內的填料4進行軸向壓縮，填料的塑性使其產生徑向力，并與閥桿1緊密接觸。同時，填料中添加的潤滑劑被擠出，在接觸面間形成油膜。由壓力分布示意圖于接觸狀態不均勻，接觸部位出現邊界潤滑狀態，未接觸的凹部形成小油槽，有較厚的油膜。當閥桿1與填料4有相對運動時，接觸部位與不接觸部位組成了不規則的迷宮，阻止了介質的泄漏。
    為填料密封的可靠性，必須填料對閥桿的徑向壓力，即主密封壓力。根椐填料密封時的壓力分布理論分析和各種填料設計的測試，得出填料的徑向壓力，即主密封壓力計算式：
    式中Pr為填料徑向壓力（MPa）；P0為填料壓蓋處軸向壓力（MPa）；K為填料壓力比（又稱應力系數）；d1為閥桿直徑（mm）；d0為填料函孔徑（mm）；s為填料深度（mm）；μ1為填料與閥桿間的動摩擦因數；μ2為填料與填料函間的靜摩擦因數。
    填料壓力比是填料徑向壓力與軸向壓力之比，是確定填料高度的一個重要因素。應力系數K取決于軸向壓力，如圖2所示。
    .    填料密封時的壓力分布情況如圖1所示，可見，填料大徑向壓力Prmax在填料4與壓蓋2接觸處，隨著填料4高度的增加，徑向壓力Pr按指數規律降低，所以小徑向應力Prmin在填料4與墊片5接觸處。為避免此處發生泄漏，根椐式（1），計算得到Prmin，該值應大于等于閥門內部介質壓力Pi。
    2 填料密封分析
    對填料密封的有效密封條件是采用適當的填料函形式和填料，分述如下。
    2.1 填料的選擇
    對填料的要求是要有一定的塑性，在軸向壓力的作用下能產生一定的徑向壓力，要有抵抗溫度變化的能力，有抗蠕變，抗松馳等能力。此外，還要有足夠的化學穩定性，抗氧化能力，不污染介質，不被介質泡漲，不腐蝕閥桿，摩擦因數小。且在閥桿有少量偏心時，填料應有足夠的浮動彈性。填料本身應制造簡單，填裝方便。目前使用的填料一般有石棉石墨填料、柔性石墨填料和聚四氟乙烯填料。其特性及應用場合見表1。
    2 2 填料密封中摩擦力的影響
    據主密封壓力公式（1），如果μ1+μ2（d0/d1）=0，則填料頂部施加的軸向壓力P0能均勻地傳遞到整個填料深度而沒有任何衰減。但由于摩擦的存在，徑向壓力Pr隨著與壓蓋2距離的增加而減小。摩擦越大，徑向應力Pr衰減得越厲害，所以摩擦因數μ1和μ2應盡可能小。此外，d0/d1總大于1，所以在減小應力衰減的作用上，μ2比μ1更重要。
    閥桿1表面和閥蓋3內孔表面粗糙度對閥桿處的密封和磨損關重要。閥桿1與閥蓋3內孔的表面粗糙度應盡可能小，一般閥桿表面Ra≤0.8μm，閥蓋3內孔Ra≤1.6μm。
    2.3 填料函內孔直徑與填料截面寬度
    根據填料密封主密封壓力方程式（1），填料函孔徑和閥桿直徑的比值d0/d1，也影響著徑向壓力Pr的大小。而對于不同的閥桿直徑d1，填料的截面寬度S=（d0-d1）/2，存在一個得到密封的范圍，一般經驗公式取S=（1.2～1.5），即d0=（2.4～3.0）
    2.4 填料的選擇與安裝
    填料的選擇或安裝不合理，同樣可以導致閥桿密封泄漏，為確保填料密封，應采用以下措施：1）除硝酸、濃硫酸等強氧化性介質外，可選用柔性石墨，并在柔性石墨上部及下部均使用一圈石棉編制繩。該種密封填料可增加填料強度，并可防止填料擠出，增加填料密封的密封性。
    2）閥門解體后，裝入不切口的整環盤根（即圖1中的填料4）。因種種原因而必需裝入切口盤根時，盤根接頭切口應切成45°，各層接頭應錯開180°，且填料壓蓋2不得傾斜，并留有足夠的再壓余量，使整個填料組件4被壓縮30%。填料壓蓋2上的壓套壓入填料函的深度為其高度的1/4～1/3。
    3）高溫高壓閥門應控制填料壓蓋螺栓轉矩，若螺栓與螺母均處于潔凈良好的潤滑狀態時，可以通過系統壓力、填料尺寸、螺栓大小和旋入螺紋數等來估算螺栓的預緊轉矩，為填料的壓縮量提供依據。