2.2.2 影响阀座密封的因素

阀瓣和阀座之间的密封性能良好是对阀门的基本要求，影响阀座密封性能的因素很多也很复杂，其中最主要的有以下几个方面。

（1）密封面上的比压 比压是作用于密封面单位面积上的正压力。产生比压的力有两部分，第一部分是阀瓣前后介质压力差作用在密封面上的力，第二部分是外部施加的作用在密封面上的力。有些结构的阀门（如浆料球阀）是以阀瓣前后压力差作用在密封面上的力为主要密封力，外部施加的作用在密封面上的力仅用于补充其不足部分。另一些结构的阀门（如取样阀、三通换向阀、排尽阀等）是以外部施加在密封面上的力为主要密封力，阀瓣前后的压力差不能产生足够的密封比压。比压的大小直接影响阀门的密封性、可靠性及使用寿命。

阀座密封比压的大小必须在一个合适的范围内，如果密封比压太小，则不能达到密封效果；密封比压太大，则有可能破坏密封副的结构。所以阀座密封的实际密封比压应在要求的最小值和允许的最大值之间。密封面单位面积上允许承载的最大正压力称为该材料的许用密封比压，阀座密封副常用材料的许用比压数值见第9章的表9-5。此数值没有反映出在该数值下阀门的启闭次数，可以看作某一额定启闭次数下的密封比压值，而此额定启闭次数可以认为是最低限度的使用周期。由此可见，在阀门关闭操作过程中用力大小要合适，关闭力过大会破坏阀座或阀瓣密封面。

试验证明，在其他条件相同的情况下，泄漏量与阀瓣前后压力差的2次方成正比。因此，泄漏量的增大速率超过了压力差的增大速率。

（2）密封副的质量 阀座与阀瓣紧密接触形成密封副，密封副的质量主要包括密封副材料的质量、密封副零部件（主要指阀体、阀瓣和阀座）加工制造的表面粗糙度、形状和位置公差，即阀瓣和阀座之间的吻合度等。如果吻合度高，则增加了流体沿密封面运动的阻力，从而提高了密封性。一般要求三通换向阀柱塞的圆柱度公差为GB/T 1184—1996《形状和位置公差 未注公差值》规定的9级，大直径平面密封阀座和阀瓣的平面度公差为GB/T 1184—1996《形状和位置公差 未注公差值》规定的9级或配对研磨。

表面粗糙度对密封性的影响也是很大的，当表面粗糙度值较大且比压小时，泄漏量比较大。而当比压逐渐增大时，表面粗糙度对泄漏量的影响显著减少，这是因为密封面上的微观锯齿状尖峰被压平了。非金属材料的阀座密封面比较软，表面粗糙度对密封性的影响比较小；金属材料的阀座是金属对金属的“刚性”密封面，表面粗糙度对密封性的影响就要大得多。

有一种理论分析认为，只有当密封副之间的间隙小于流体分子直径时，才能保证流体不渗漏，由此可以认为，防止流体渗漏的间隙值必须小于0.003μm。但是，即使是经过精细研磨的金属表面，凸峰高度仍然超过0.1μm，即比水分子直径要大30倍。由此可见，只依靠降低密封副表面粗糙度值的方法来提高密封性是难以成功的。密封副表面粗糙度和表面形状偏差对密封性的影响程度迄今尚无数据可查。

密封副质量除了影响密封性以外，还直接影响阀门的使用寿命，因此，加工制造时必须提高密封副的质量。

（3）流体的物理性质 与渗漏有关的流体物理性质主要包括黏度、温度、表面亲水性等，现在就这三个方面分别叙述如下：

1）黏度的影响。被密封流体的渗透能力与它的黏度紧密相关。在其他条件相同的情况下，流体的黏度越大，其渗透能力越差，几何分析常用气体与液体的黏度可以得出以下结论：

①液体的黏度比气体的黏度大几十倍，故气体的渗透能力比液体强，但饱和蒸汽除外，饱和蒸汽容易保证密封性。

②压缩气体比液体更容易泄漏。

2）温度的影响。流体的渗透能力与黏度有关，而黏度又会随着流体温度的变化而变化。气体的黏度随温度的升高而增大，它与成正比，T是气体的热力学温度，单位为K。液体的黏度则相反，它随温度的升高而急剧减小，且与T3成反比。

此外，因温度变化而引起零件尺寸的改变将造成密封副内接触应力的变化，并可能引起密封的破坏，对于低温或高温流体的密封其影响尤为显著。因为与流体接触的密封副通常比受力零件（如法兰、螺栓）的温度更低些（或更高些），这就更容易引起密封副部件的松弛。

在低温条件下工作时，形成密封比压的条件是复杂的，多种密封材料，如橡胶、塑料（聚四氟乙烯除外）在20～77K的低温下，会因丧失塑性而变脆。而在高温条件下，这些材料的稳定性又会受到高温的限制。因此，在选择密封材料时要考虑温度的影响。

3）表面亲水性的影响。表面亲水性对渗漏的影响是由毛细孔特性引起的，当表面有一层很薄的油膜时，破坏了接触面间的亲水性，并且堵塞了流体通道，这样就需要较大的压力差才能使流体通过毛细孔。因此，在工况条件允许的情况下，可以在阀门密封副处添加适当的密封油脂以提高密封性和使用寿命。在采用油脂密封时，应注意工作过程中若油膜减少，须及时补充油脂。所采用的油脂不能溶于工作介质，也不应该蒸发、硬化或有其他化学变化。

（4）密封副的结构和尺寸

1）密封副结构的影响。软密封阀门的密封副由阀体、阀座和阀瓣（或旋塞）三者形成：硬密封阀门的阀体和阀座是一体的，所以其密封副是由阀瓣（或柱塞）和阀体两者形成的。阀体和阀瓣除承受密封所需的力作用以外，还要承受流体压力的作用。在温度变化或其他因素的影响下，结构尺寸必然产生变化，这便会改变密封副之间的相互作用力，使密封性降低。为了补偿这种变化带来的密封比压下降，应使密封副组成的零件产生一定的弹性变形。采用非金属阀座就是利用非金属具有弹性补偿的特性，有些金属密封阀门采用弹性支承结构形式，这些都是改善密封性的积极措施。

2）密封面宽度的影响。从理论上来讲，密封面的宽度决定了毛细孔的长度，当宽度加大时，流体沿毛细孔的运动路程成正比例增加，而泄漏量则成反比例减小。但实际上并非如此，因为密封副的接触面不能完全吻合，当产生变形以后，密封面的宽度不能全部有效地起到密封作用。另一方面，密封面宽度越大，所需要的密封力也越大，因此，合理的密封面宽度是保证阀门密封性理想的重要因素。