李茜民
日丰企业(佛山)有限公司 广东佛山 528000
摘要：阀门在现代生产、生活过程中的重要性是非常大的，阀门的结构合理性和密封性能不仅反映出了阀门产品质量，也决定了阀门在使用过程中的寿命。在阀门密封性要求的基础上，针对阀门的材料性能、结构设计以及密封性能评价展开研究，预测出阀门密封技术发展趋势。
关键词：阀门；密封技术；发展趋势
前言
最近几年，阀门开始向大型化、自动化以及高性能化方向进行发展。在阀门使用工况越来越复杂的基础上，密封性能也逐渐成为重要的技术性能指标，得到了广泛的关注。实际上，阀门种类、结构都是多样化的，所起到的作用也是截断介质流动、调节流量，阀门需要在多种复杂工况中保证长时间、高质量的密封。造成阀门密封实效的原因主要是阀体和阀盖间的紧密度不足、设计的阀门结构不合理、阀门密封面缺陷，密封填料高温下失效等。由于这些问题的出现，导致阀门密封效果存在一定的问题，最终出现介质的泄露，在工业技术的不断发展下，阀门密封性方面的要求变得越来越高，这不仅要求阀门要具有较高的耐磨性、较强腐蚀性，而且还要求了阀门必须要在高温、高压以及低压等复杂的工况中，依旧是保持着较高的密封性。本次研究基于阀门密封面性能要求进行总结的基础上，在阀门材料性能以及结构设计方面展开分析，并预测出阀门密封技术发展趋势，希望可以为阀门涉及研究提供借鉴。
一、阀门密封面性能的要求
如果阀门密封面出现失效的情况，就代表了阀门密封功能失效，这将严重影响到产品正常的生产。一般来说，阀门密封面出现失效的原因主要是：受到人为因素、加工过程影响，使得密封面出现了擦伤、垫圈以及划伤等缺陷；固体颗粒和气泡等非均相介质，直接对阀门密封面产生了冲蚀，导致密封面出现失效的现象；输送介质针对阀门密封面具有严重的腐蚀作用，尤其是处于高温的状态下，会进一步增加腐蚀情况。为了能够进一步地防止阀门密封面出现失效的情况，阀门密封面就需要具有抗腐蚀、抗擦伤、抗冲蚀、抗气蚀的性能。
（一）抗腐蚀性
阀门抗腐蚀性主要是表现在腐蚀介质在阀门底部流动或者是沉积，这是和阀门内壁金属表面发生了氧化还原的反应。在阀门内部保护层结构被破坏是会形成复式层的，要是腐蚀层出现脱落的情况，在局部区域形成腐蚀坑，在初始腐蚀坑形成以后，会造成腐蚀性介质更加容易聚集到一起。腐蚀坑会更加向更深层次处进行发展，最终使得阀门密封面密封性出现下降，甚至还会发生非常严重的泄露，所以阀门密封面材料就必须要有抗腐蚀的性能。例如用在煤气管网上的高炉煤气管道阀门，生产煤气中是会出现非常多的氯化氢、硫化氢等酸性的气体，在和阀门内介质反应以后最终出现酸腐蚀。为了能够实现防止阀门腐蚀，是可以使用具有Cr、Ni、Mo等元素的防腐蚀合金的烟道阀以及燃烧阀，最终表现出良好的密封性能。
（二）抗擦伤能力
阀门启闭件受到摩擦的作用，导致阀门密封面出现擦伤，最终出现密封性能下降的趋势，将导致阀门容易出现泄漏风险。抗擦伤性是受到整个摩擦副决定的，所以在设计阀门时，需要考虑选用更耐摩的密封副材料。
（三）抗冲蚀和气蚀能力
阀门密封面冲蚀就是流体介质流经阀门时对于阀门密封面的高度冲刷，尤其是介质中含有固体颗粒时，这一种现象是会更加明显。如果流体介质流速够快，阀门密封部位局部压力急速下降会在阀门密封面附近产生大量气泡粒子并破裂瞬间产生巨大的振动波，最终影响到阀门密封，这就是阀门密封面气蚀作用。
在高压差、高流速下，介质具有极高的速度，对密封面产生很大的冲击，最终形成一道道的沟痕。固体微小颗粒在高速冲击下，会造成密封表现出现刮痕。高速流体所造成的侵蚀以及固体颗粒下形成的侵蚀形状基本上是相同的，都属于一条条比较长的沟槽，方向和介质流动方向是基本相同。冲蚀最严重的地方就是在阀芯中心，所以在此处流速是最高的，在开度减小的情况会增加冲蚀的现象，如果密封面材料使用的是硬度比较高的材料中，是能够有效地提高抗冲蚀能力。
密封面材料中的力学性能针对阀门密封面抗气蚀能力是具有非常大影响的，抗气蚀能力和材料硬度基本上是形成了指数方面的关系。气蚀现象是由于气泡不断的进行破裂，重复冲击了阀门密封面，气蚀针对阀门密封性的影响和材料疲劳强度有很大关联性。与此同时，水中含有的氧气、密封面形状、出口背压等针对气蚀是具有很大影响的。气蚀侵蚀密封面是会产生很多坑，流速最高部位中的气蚀现象是最为严重的。
二、阀门密封技术现状
（一）密封材料研发
在阀门的广泛应用下，阀门更加的标准、规范以及高性能化，然而这也对阀门设计制造中有提出更高要求，阀门在工业产品中属于重要设备，阀门密封材料研发工作是首当其冲的。阀门密封材料研究过程中需要在现今密封面材料性能不足的局限中进行，如临界或超临界参数蒸汽阀门所采用的是堆焊处理，现今堆焊材料一般是采用钴基合金，由于其具有良好的高温性能、抗擦伤、抗热腐蚀、抗热疲劳性能，然而钴基合金在价格方面是比较高的，钴基合金磨损、腐蚀碎片中Co-59受到激发最终形成Co-60同位素，最终增加了核燃料屏蔽难度、检修时间。
（二）密封结构设计
阀门密封技术也是可以分为静密封、动密封。其中静密封一般是借助于垫圈最终实现这两个静止面间的密封；动态密封就是针对阀杆部位展开密封的，以此防止阀门中的介质在阀杆转动过程中出现泄露，动密封就是借助于填料函实现。常用的密封结构形式分类是：
图1 阀门密封的结构形式
例如，为了解决高温闸阀受高温、腐蚀和冲蚀的影响，可采用硬密封和蒸汽密封设计新的密封结构。在阀体与密封圈之间的气孔上增加一个进气口套。对高温闸阀局部密封结构的改进，解决了阀座环底部石墨密封垫片容易被蒸汽吹脱，导致泄漏增加的问题。
（三）阀门的密封性能
密封结构的设计原理，密封结构与泄漏的关系，密封性能的评价方法等。近年来，许多学者从密封性能原理的角度对阀门的密封性能进行了大量的研究。如邵瑞平、雷刚等研究了低温阀门启闭密封的特性，研究了不同工况下密封的泄漏量与比压的关系，并与理论进行了比较，并得到了相同工况下密封比压计算的修正系数。李伟,张建斌,杨玲玲等对双层辉光离子钨渗碳阀的微观组织分析结果表明，硬化工艺形成的硬密封面具有良好的抗刮擦性能和较长的静压寿命，这与密封面的结构有关。渗透层结构为多相结构，大大提高密封面的耐磨性和静压寿命。同时，根据对阀门密封性能的要求，应根据不同的部位和泄漏程度采取不同的防漏措施。
三、阀门密封技术发展趋势
（一）微型化阀门
在高端制造技术的快速发展下，如高端阀门是需要向微型、精密化方向进行发展，然而这就是需要配合一些内表面测量、微小尺寸阀门密封件表面精度测量上，国内外还缺少相关的理论研究，并且表面上粗糙度Ra值实际评价效果是比较差的，需要集中力量进行研发。
（二）特殊密封形式
例如研究开发高分子化合物等原料，原料需要自由成型，只有在压力下才能形成均匀的环形膜，并最终起到密封的作用。同时借助液态密封胶实现阀门的密封。液体密封，主要利用液体密封胶的单分子膜效应，使其在适当的压力下作为垫片发挥密封作用。
结束语
在我国工业水平的快速发展下，阀门在使用的情况方面变得越来越复杂，这也使得阀门密封技术得到快速的发展，有更多的密封材料、密封结构得到广泛地运用。结合现今阀门在使用过程中的工况情况，针对密封面也是有提出一定的要求，在分析阀门密封技术研究现状的基础上，是可以作为阀门密封设计以及修复中予以借鉴。
参考文献
[1]邵瑞平,雷刚.一种硬密封单闸板高温闸阀局部密封结构的改进[J].通用机械.2020(09)：13-16.
[2]李伟,张建斌,杨玲玲,王晓钧,李妍.阀门耐火密封结构设计分析[J].中国设备工程.2020(07)：11-15.
[3]鲍鲜宇,王亦逍.全金属密封先导式安全阀的研制[J].阀门.2020(01)：15-18.