Nguyên lý làm kín van

Có nhiều loại van, nhưng chức năng cơ bản của chúng đều giống nhau, đó là kết nối hoặc ngắt dòng chảy của môi chất. Do đó, vấn đề làm kín của van trở nên rất quan trọng.

Để đảm bảo van có thể đóng ngắt dòng chảy hiệu quả và ngăn ngừa rò rỉ, cần phải đảm bảo gioăng van còn nguyên vẹn. Có nhiều nguyên nhân gây rò rỉ van, bao gồm thiết kế cấu trúc không hợp lý, bề mặt tiếp xúc gioăng bị lỗi, các bộ phận lắp ráp lỏng lẻo, độ khít giữa thân van và nắp van không tốt, v.v. Tất cả những vấn đề này đều có thể dẫn đến việc van không được làm kín đúng cách, từ đó gây ra hiện tượng rò rỉ. Vì vậy,công nghệ làm kín vanĐây là một công nghệ quan trọng liên quan đến hiệu suất và chất lượng của van, và đòi hỏi nghiên cứu có hệ thống và chuyên sâu.

Kể từ khi van được chế tạo, công nghệ làm kín của chúng cũng đã trải qua sự phát triển vượt bậc. Cho đến nay, công nghệ làm kín van chủ yếu được thể hiện ở hai khía cạnh chính, đó là làm kín tĩnh và làm kín động.

Thuật ngữ "vòng đệm tĩnh" thường dùng để chỉ vòng đệm giữa hai bề mặt tĩnh. Phương pháp làm kín bằng vòng đệm tĩnh chủ yếu sử dụng gioăng.

Cái gọi là gioăng kín động chủ yếu đề cập đếnviệc làm kín thân vanĐiều này ngăn chặn môi chất trong van bị rò rỉ khi trục van chuyển động. Phương pháp làm kín chính của gioăng động là sử dụng hộp đệm.

1. Niêm phong tĩnh

Làm kín tĩnh đề cập đến việc tạo ra một lớp bịt kín giữa hai phần cố định, và phương pháp làm kín chủ yếu sử dụng gioăng. Có nhiều loại gioăng khác nhau. Các loại gioăng thường dùng bao gồm gioăng phẳng, gioăng chữ O, gioăng quấn, gioăng hình dạng đặc biệt, gioăng lượn sóng và gioăng cuộn. Mỗi loại có thể được phân loại thêm theo các vật liệu khác nhau được sử dụng.
①Máy giặt phẳngVòng đệm phẳng là loại vòng đệm được đặt phẳng giữa hai chi tiết cố định. Nói chung, theo vật liệu sử dụng, chúng có thể được chia thành vòng đệm phẳng bằng nhựa, vòng đệm phẳng bằng cao su, vòng đệm phẳng bằng kim loại và vòng đệm phẳng bằng vật liệu composite. Mỗi loại vật liệu có phạm vi ứng dụng riêng.
② Vòng chữ O. Vòng chữ O là loại gioăng có tiết diện hình chữ O. Do tiết diện hình chữ O nên nó có tác dụng tự siết chặt nhất định, do đó hiệu quả làm kín tốt hơn so với gioăng phẳng.
③ Bao gồm các vòng đệm. Vòng đệm quấn là loại vòng đệm được cấu tạo từ một vật liệu quấn quanh một vật liệu khác. Loại vòng đệm này thường có độ đàn hồi tốt và có thể tăng cường hiệu quả làm kín. ④ Vòng đệm hình dạng đặc biệt. Vòng đệm hình dạng đặc biệt là các loại vòng đệm có hình dạng không đều, bao gồm vòng đệm hình bầu dục, vòng đệm hình thoi, vòng đệm hình bánh răng, vòng đệm hình đuôi én, v.v. Các loại vòng đệm này thường có tác dụng tự siết chặt và chủ yếu được sử dụng trong các van áp suất cao và trung bình.
⑤ Vòng đệm lượn sóng. Vòng đệm lượn sóng là loại vòng đệm chỉ có hình dạng lượn sóng. Loại vòng đệm này thường được cấu tạo từ sự kết hợp giữa vật liệu kim loại và phi kim loại. Chúng thường có đặc điểm là lực ép nhỏ và hiệu quả làm kín tốt.
⑥ Quấn gioăng. Gioăng quấn là loại gioăng được tạo thành bằng cách quấn chặt các dải kim loại mỏng và dải phi kim loại lại với nhau. Loại gioăng này có độ đàn hồi và khả năng làm kín tốt. Vật liệu làm gioăng chủ yếu gồm ba loại: vật liệu kim loại, vật liệu phi kim loại và vật liệu composite. Nói chung, vật liệu kim loại có độ bền cao và khả năng chịu nhiệt tốt. Các vật liệu kim loại thường dùng bao gồm đồng, nhôm, thép, v.v. Có nhiều loại vật liệu phi kim loại, bao gồm các sản phẩm nhựa, sản phẩm cao su, sản phẩm amiăng, sản phẩm gai dầu, v.v. Các vật liệu phi kim loại này được sử dụng rộng rãi và có thể được lựa chọn theo nhu cầu cụ thể. Cũng có nhiều loại vật liệu composite, bao gồm các tấm nhiều lớp, tấm composite, v.v., cũng được lựa chọn theo nhu cầu cụ thể. Nhìn chung, gioăng lượn sóng và gioăng xoắn ốc được sử dụng phổ biến nhất.

2. Gioăng kín động

Phớt động là loại phớt ngăn không cho dòng chảy môi chất trong van bị rò rỉ khi trục van chuyển động. Đây là vấn đề làm kín trong quá trình chuyển động tương đối. Phương pháp làm kín chính là sử dụng hộp đệm. Có hai loại hộp đệm cơ bản: loại gioăng và loại đai ốc nén. Loại gioăng là dạng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Nói chung, xét về hình dạng của gioăng, có thể chia thành hai loại: loại kết hợp và loại liền khối. Mặc dù mỗi loại khác nhau, nhưng về cơ bản chúng đều bao gồm các bu lông để nén. Loại đai ốc nén thường được sử dụng cho các van nhỏ hơn. Do kích thước nhỏ của loại này, lực nén bị hạn chế.
Trong hộp đệm van, do gioăng làm kín tiếp xúc trực tiếp với trục van, nên gioăng cần có khả năng làm kín tốt, hệ số ma sát nhỏ, thích ứng được với áp suất và nhiệt độ của môi chất, và có khả năng chống ăn mòn. Hiện nay, các vật liệu làm kín thường được sử dụng bao gồm vòng chữ O bằng cao su, gioăng bện polytetrafluoroethylene, gioăng amiăng và gioăng nhựa đúc. Mỗi loại vật liệu làm kín có điều kiện và phạm vi ứng dụng riêng, và cần được lựa chọn theo nhu cầu cụ thể. Làm kín nhằm ngăn ngừa rò rỉ, vì vậy nguyên lý làm kín van cũng được nghiên cứu từ góc độ ngăn ngừa rò rỉ. Có hai yếu tố chính gây ra rò rỉ. Một là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất làm kín, đó là khe hở giữa các cặp làm kín, và hai là sự chênh lệch áp suất giữa hai phía của cặp làm kín. Nguyên lý làm kín van cũng được phân tích từ bốn khía cạnh: làm kín chất lỏng, làm kín khí, nguyên lý làm kín kênh rò rỉ và cặp làm kín van.

Độ kín chất lỏng

Tính chất làm kín của chất lỏng được xác định bởi độ nhớt và sức căng bề mặt của chất lỏng. Khi mao quản của van bị rò rỉ chứa đầy khí, sức căng bề mặt có thể đẩy chất lỏng ra hoặc đưa chất lỏng vào mao quản. Điều này tạo ra một góc tiếp tuyến. Khi góc tiếp tuyến nhỏ hơn 90°, chất lỏng sẽ được bơm vào mao quản và xảy ra hiện tượng rò rỉ. Rò rỉ xảy ra do sự khác biệt về tính chất của môi chất. Các thí nghiệm sử dụng các môi chất khác nhau sẽ cho kết quả khác nhau trong cùng điều kiện. Bạn có thể sử dụng nước, không khí hoặc dầu hỏa, v.v. Khi góc tiếp tuyến lớn hơn 90°, hiện tượng rò rỉ cũng sẽ xảy ra. Bởi vì nó liên quan đến lớp màng mỡ hoặc sáp trên bề mặt kim loại. Khi các lớp màng bề mặt này bị hòa tan, tính chất của bề mặt kim loại thay đổi, và chất lỏng ban đầu bị đẩy ra sẽ làm ướt bề mặt và rò rỉ. Xét đến tình huống trên, theo công thức Poisson, mục đích ngăn ngừa rò rỉ hoặc giảm lượng rò rỉ có thể đạt được bằng cách giảm đường kính mao quản và tăng độ nhớt của môi chất.

Độ kín khí

Theo công thức Poisson, độ kín của một chất khí có liên quan đến độ nhớt của các phân tử khí và chính chất khí đó. Sự rò rỉ tỷ lệ nghịch với chiều dài của ống mao dẫn và độ nhớt của khí, và tỷ lệ thuận với đường kính của ống mao dẫn và lực đẩy. Khi đường kính của ống mao dẫn bằng với bậc tự do trung bình của các phân tử khí, các phân tử khí sẽ chảy vào ống mao dẫn với chuyển động nhiệt tự do. Do đó, khi tiến hành thử nghiệm độ kín của van, môi chất phải là nước để đạt được hiệu quả làm kín, còn không khí, tức là chất khí, không thể đạt được hiệu quả làm kín.

Ngay cả khi chúng ta giảm đường kính mao dẫn xuống dưới kích thước của các phân tử khí thông qua biến dạng dẻo, chúng ta vẫn không thể ngăn chặn dòng khí. Lý do là khí vẫn có thể khuếch tán qua thành kim loại. Do đó, khi tiến hành thử nghiệm khí, chúng ta phải nghiêm ngặt hơn so với thử nghiệm chất lỏng.

Nguyên lý bịt kín của kênh rò rỉ

Vòng đệm van gồm hai phần: sự không đồng đều trên bề mặt sóng và độ nhám của các đường sóng trong khoảng cách giữa các đỉnh sóng. Trong trường hợp hầu hết các vật liệu kim loại ở nước ta có độ biến dạng đàn hồi thấp, nếu muốn đạt được trạng thái kín, ta cần đặt ra yêu cầu cao hơn về lực nén của vật liệu kim loại, tức là lực nén của vật liệu phải vượt quá độ đàn hồi của nó. Do đó, khi thiết kế van, cặp vòng đệm được ghép nối với độ chênh lệch độ cứng nhất định. Dưới tác dụng của áp suất, một hiệu ứng làm kín biến dạng dẻo nhất định sẽ được tạo ra.

Nếu bề mặt làm kín được làm bằng vật liệu kim loại, thì các điểm nhô ra không đều trên bề mặt sẽ xuất hiện sớm nhất. Ban đầu, chỉ cần một tải trọng nhỏ cũng có thể gây ra biến dạng dẻo ở những điểm nhô ra không đều này. Khi diện tích tiếp xúc tăng lên, sự không bằng phẳng của bề mặt trở thành biến dạng dẻo đàn hồi. Lúc này, độ nhám ở cả hai phía trong rãnh sẽ tồn tại. Khi cần phải tác dụng một tải trọng có thể gây ra biến dạng dẻo nghiêm trọng của vật liệu bên dưới, và làm cho hai bề mặt tiếp xúc chặt chẽ, những đường dẫn còn lại này có thể được làm cho gần nhau dọc theo đường liên tục và hướng chu vi.

cặp gioăng van

Bộ phận làm kín van là phần gồm đế van và bộ phận đóng van, chúng đóng kín khi tiếp xúc với nhau. Trong quá trình sử dụng, bề mặt làm kín bằng kim loại dễ bị hư hại do các chất lỏng lẫn trong chất lỏng, sự ăn mòn của chất lỏng, các hạt mài mòn, hiện tượng xâm thực và xói mòn. Ví dụ như các hạt mài mòn. Nếu các hạt mài mòn nhỏ hơn độ nhám bề mặt, độ chính xác bề mặt sẽ được cải thiện thay vì bị suy giảm khi bề mặt làm kín bị mài mòn. Ngược lại, nếu các hạt mài mòn nhỏ hơn độ nhám bề mặt, độ chính xác bề mặt sẽ bị suy giảm. Do đó, khi lựa chọn các hạt mài mòn, cần phải xem xét toàn diện các yếu tố như vật liệu, điều kiện làm việc, khả năng bôi trơn và sự ăn mòn trên bề mặt làm kín.

Cũng giống như các hạt mài mòn, khi lựa chọn gioăng, chúng ta phải xem xét toàn diện các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng để ngăn ngừa rò rỉ. Do đó, cần phải chọn vật liệu có khả năng chống ăn mòn, trầy xước và mài mòn. Nếu không, việc thiếu bất kỳ yêu cầu nào cũng sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất làm kín của gioăng.