Ventildichtungsprinzip

Es gibt viele Arten von Ventilen, aber ihre grundlegende Funktion ist dieselbe: den Durchfluss von Medien zu ermöglichen oder zu unterbrechen. Daher spielt die Dichtheit von Ventilen eine sehr wichtige Rolle.

Um sicherzustellen, dass das Ventil den Mediumfluss zuverlässig unterbricht und Leckagen verhindert, muss die Dichtung des Ventils intakt sein. Ventilleckagen können viele Ursachen haben, darunter eine ungeeignete Konstruktion, fehlerhafte Dichtflächen, lockere Befestigungsteile, ein ungenauer Sitz zwischen Ventilkörper und Ventildeckel usw. All diese Probleme können zu einer unzureichenden Ventilabdichtung und somit zu Leckagen führen. Daher ist es wichtig, …Ventildichtungstechnologieist eine wichtige Technologie im Zusammenhang mit der Leistungsfähigkeit und Qualität von Ventilen und erfordert systematische und eingehende Forschung.

Seit der Erfindung von Ventilen hat sich auch deren Dichtungstechnik stark weiterentwickelt. Bislang lässt sich die Ventildichtungstechnik im Wesentlichen in zwei Hauptaspekte unterteilen: die statische und die dynamische Dichtung.

Die sogenannte statische Dichtung bezeichnet üblicherweise die Abdichtung zwischen zwei statischen Oberflächen. Zur Abdichtung statischer Dichtungen werden hauptsächlich Dichtungen verwendet.

Die sogenannte dynamische Dichtung bezieht sich hauptsächlich aufdie Abdichtung des VentilschaftsDies verhindert, dass das Medium im Ventil durch die Bewegung der Ventilspindel austritt. Die wichtigste Abdichtungsmethode der dynamischen Dichtung ist die Verwendung einer Stopfbuchse.

1. Statische Dichtung

Statische Abdichtung bezeichnet die Herstellung einer Dichtung zwischen zwei unbeweglichen Bauteilen. Als Dichtungsmethode werden hauptsächlich Dichtungen verwendet. Es gibt viele Arten von Unterlegscheiben. Zu den gebräuchlichsten zählen Flachscheiben, O-förmige Unterlegscheiben, Wickelscheiben, Sonderformscheiben, Wellenscheiben und gewickelte Unterlegscheiben. Jede Art lässt sich weiter nach den verwendeten Materialien unterteilen.
①Flache UnterlegscheibeFlachscheiben sind Unterlegscheiben, die flach zwischen zwei festen Bauteilen platziert werden. Je nach verwendetem Material lassen sie sich in Kunststoff-, Gummi-, Metall- und Verbundscheiben unterteilen. Jedes Material hat seinen spezifischen Anwendungsbereich.
② O-Ring. Ein O-Ring ist eine Dichtung mit O-förmigem Querschnitt. Aufgrund seines O-förmigen Querschnitts besitzt er eine gewisse Selbstdichtungswirkung, wodurch die Dichtwirkung besser ist als bei einer Flachdichtung.
③ Unterlegscheiben verwenden. Eine Wickeldichtung ist eine Dichtung, die ein bestimmtes Material um ein anderes Material wickelt. Solche Dichtungen weisen in der Regel eine gute Elastizität auf und verbessern die Dichtungswirkung. ④ Formunterlegscheiben. Formunterlegscheiben sind Dichtungen mit unregelmäßigen Formen, wie z. B. Oval-, Rauten-, Zahnrad- und Schwalbenschwanzunterlegscheiben. Diese Unterlegscheiben haben in der Regel eine selbstspannende Wirkung und werden hauptsächlich in Hoch- und Mitteldruckventilen eingesetzt.
⑤ Wellendichtung. Wellendichtungen sind Dichtungen, die ausschließlich eine Wellenform aufweisen. Sie bestehen üblicherweise aus einer Kombination von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen. Im Allgemeinen zeichnen sie sich durch geringe Anpresskraft und gute Dichtwirkung aus.
⑥ Wickeln Sie die Unterlegscheibe. Wickeldichtungen bestehen aus dünnen Metall- und Nichtmetallstreifen, die eng miteinander verwickelt sind. Diese Dichtungsart zeichnet sich durch gute Elastizität und Dichtungseigenschaften aus. Die Materialien für Dichtungen lassen sich in drei Kategorien einteilen: metallische, nichtmetallische und Verbundwerkstoffe. Metallische Werkstoffe sind in der Regel hochfest und temperaturbeständig. Gängige Metalle sind beispielsweise Kupfer, Aluminium und Stahl. Es gibt viele Arten von nichtmetallischen Werkstoffen, darunter Kunststoffe, Gummi, Asbest und Hanf. Diese Werkstoffe sind weit verbreitet und können je nach Bedarf ausgewählt werden. Auch Verbundwerkstoffe wie Laminate und Verbundplatten werden je nach Bedarf ausgewählt. Üblicherweise werden Well- und Spiralwickelscheiben verwendet.

2. Dynamische Dichtung

Die dynamische Dichtung verhindert, dass das Medium im Ventil bei Bewegung der Ventilspindel austritt. Dies ist ein Dichtungsproblem bei Relativbewegungen. Die Stopfbuchse dient hauptsächlich als Dichtungsmethode. Es gibt zwei Grundtypen von Stopfbuchsen: die Stopfbuchse mit Überwurfmutter und die mit Überwurfmutter. Die Stopfbuchse mit Überwurfmutter ist derzeit die gebräuchlichste Bauform. Grundsätzlich lassen sich Stopfbuchsen in zwei Typen unterteilen: kombinierte und integrierte Ausführungen. Obwohl sich die beiden Bauformen unterscheiden, verfügen sie im Wesentlichen über Überwurfmuttern. Überwurfmuttern werden üblicherweise für kleinere Ventile verwendet. Aufgrund der geringen Größe ist die Überwurfkraft bei diesem Typ begrenzt.
Da die Stopfbuchse in direktem Kontakt mit der Ventilspindel steht, muss die Packung eine gute Abdichtung, einen geringen Reibungskoeffizienten, Druck- und Temperaturbeständigkeit des Mediums sowie Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Gängige Füllstoffe sind derzeit Gummi-O-Ringe, Polytetrafluorethylen-Geflechtpackungen, Asbestpackungen und Kunststoffformteile. Jeder Füllstoff hat seine spezifischen Anwendungsbereiche und Bedingungen und sollte entsprechend den jeweiligen Anforderungen ausgewählt werden. Da die Abdichtung Leckagen verhindern soll, wird das Dichtungsprinzip von Ventilen auch unter diesem Gesichtspunkt untersucht. Es gibt zwei Hauptursachen für Leckagen: den wichtigsten Faktor für die Dichtungsleistung – den Spalt zwischen den Dichtungsteilen – und die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Dichtungspaares. Das Dichtungsprinzip von Ventilen wird unter vier Aspekten analysiert: Flüssigkeitsabdichtung, Gasabdichtung, Abdichtung des Leckagekanals und Dichtungspaar des Ventils.

Flüssigkeitsdichtheit

Die Dichtungseigenschaften von Flüssigkeiten werden durch deren Viskosität und Oberflächenspannung bestimmt. Wird die Kapillare eines undichten Ventils mit Gas gefüllt, kann die Oberflächenspannung die Flüssigkeit abstoßen oder in die Kapillare einströmen lassen. Dadurch entsteht ein Tangentenwinkel. Ist dieser kleiner als 90°, dringt Flüssigkeit in die Kapillare ein und es kommt zu einer Leckage. Diese Leckage entsteht durch die unterschiedlichen Eigenschaften der verwendeten Medien. Experimente mit verschiedenen Medien liefern unter gleichen Bedingungen unterschiedliche Ergebnisse. Beispiele hierfür sind Wasser, Luft oder Kerosin. Auch bei einem Tangentenwinkel größer als 90° tritt Leckage auf. Dies hängt mit dem Fett- oder Wachsfilm auf der Metalloberfläche zusammen. Sobald sich diese Oberflächenfilme auflösen, verändern sich die Eigenschaften der Metalloberfläche, und die ursprünglich abgestoßene Flüssigkeit benetzt die Oberfläche und führt zu einer Leckage. Gemäß der Poisson-Gleichung lässt sich das Ziel, Leckagen zu verhindern oder deren Ausmaß zu reduzieren, durch Verringerung des Kapillardurchmessers und Erhöhung der Viskosität des Mediums erreichen.

Gasdichtheit

Gemäß der Poisson-Gleichung hängt die Dichtheit eines Gases von der Viskosität der Gasmoleküle und des Gases selbst ab. Die Leckage ist umgekehrt proportional zur Länge des Kapillarrohrs und zur Viskosität des Gases, aber direkt proportional zum Durchmesser des Kapillarrohrs und der treibenden Kraft. Wenn der Durchmesser des Kapillarrohrs dem mittleren Freiheitsgrad der Gasmoleküle entspricht, strömen die Gasmoleküle mit freier thermischer Bewegung in das Kapillarrohr. Daher muss beim Dichtheitstest eines Ventils Wasser als Medium verwendet werden, um eine Dichtwirkung zu erzielen; Luft, also ein anderes Gas, ist nicht geeignet.

Selbst wenn wir den Kapillardurchmesser unterhalb der Gasmoleküle durch plastische Verformung verringern, können wir den Gasfluss nicht vollständig unterbinden. Der Grund dafür ist, dass Gase weiterhin durch die Metallwände diffundieren können. Daher müssen Gasprüfungen strengere Anforderungen stellen als Flüssigkeitsprüfungen.

Das Dichtungsprinzip des Leckagekanals

Die Ventildichtung besteht aus zwei Komponenten: der Unebenheit der Wellenoberfläche und der Rauheit der Wellen zwischen den Wellenbergen. Da die meisten Metalle in unserem Land eine geringe Elastizität aufweisen, müssen für eine zuverlässige Abdichtung höhere Anforderungen an die Druckkraft des Metalls gestellt werden. Diese muss die Elastizität des Materials übersteigen. Daher wird bei der Ventilkonstruktion das Dichtungspaar mit einem bestimmten Härteunterschied ausgewählt. Unter Druckeinwirkung entsteht so eine gewisse plastische Verformung, die die Dichtungswirkung erzielt.

Besteht die Dichtfläche aus Metall, treten Unebenheiten an der Oberfläche zuerst auf. Anfangs genügt bereits eine geringe Belastung, um diese Unebenheiten plastisch zu verformen. Mit zunehmender Kontaktfläche geht die Oberflächenunebenheit in eine plastisch-elastische Verformung über. Dabei entsteht beidseitig in der Vertiefung eine Rauheit. Ist eine Belastung erforderlich, die eine starke plastische Verformung des darunterliegenden Materials bewirkt und einen engen Kontakt der beiden Oberflächen herstellt, schließen sich die verbleibenden Bereiche entlang der durchgehenden Linie und in Umfangsrichtung.

Ventildichtungspaar

Das Ventildichtpaar besteht aus Ventilsitz und Schließkörper, die sich beim Kontakt schließen. Im Betrieb wird die metallische Dichtfläche leicht durch mitgerissene Medien, Medienkorrosion, Verschleißpartikel, Kavitation und Erosion beschädigt. Sind die Verschleißpartikel kleiner als die Oberflächenrauheit, verbessert sich die Oberflächengenauigkeit beim Einlaufen der Dichtfläche. Andernfalls verschlechtert sie sich. Daher müssen bei der Auswahl von Verschleißpartikeln Faktoren wie Material, Betriebsbedingungen, Schmierfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Dichtfläche umfassend berücksichtigt werden.

Ähnlich wie bei Verschleißpartikeln müssen bei der Auswahl von Dichtungen verschiedene Faktoren, die ihre Leistung beeinflussen, umfassend berücksichtigt werden, um Leckagen zu vermeiden. Daher ist es notwendig, korrosions-, kratz- und erosionsbeständige Materialien zu wählen. Andernfalls wird die Dichtungsleistung erheblich beeinträchtigt, wenn eine dieser Anforderungen nicht erfüllt ist.