3、 影响密封的因素分析

由于密封涉及到很多微观的物理现象，对其中一些影响因素至今还没有进行充分的研究和认识，只能做一些定性的分析，还不能由理论推导出定量的计算方法。尽管如此，对影响密封因素的讨论仍然是十分重要的，因为它能为我们提供进一步改进密封结构、提高密封性的方向和途径。

（1）密封面的表面状况

密封面的加工精度和表面光洁度越高，则密封面间的间隙就越小从而有利于密封特别是密封比压较低的情况加工精度和光洁度的影响十分显著。而当密封比压较高时，由于密封面在压力作用下其表面上的微观不平度仍很大程度上可以被压平，因而对表面光洁度不敏感。

应当指出表面光洁度高低虽然将影响间隙通道截面的大小，但与毛细通道表面粗糙情况没有直接关系。

由此我们可以讨论：密封面的加工方法特别是研磨方法，例如平面密封，当研磨刀具与密封面的相对运动为直线时，将在表面上形成大量由内沿通道达外缘的沟槽，而若相对做旋转运动时，则形成密闭的环形沟槽，所以既使表面光洁度（它只是由峰、谷的高度来判定）相同，也会有不同的密封效果。

我们还可以讨论，对于具有较宽密封面的情况，采用迷宫式结构，将有助于增大节流效应，同时由于接触表面减小而提高密封比压，使密封性能提高，下图为示意情况，即在一个密封面上加工若干环形槽。特别是对于高压密封，单纯依靠提高密封比压，减小密封面积不一定是好办法，而且提高密封比压为保证密封面的抗挤压能力又要相应地选取高强度高硬度材料，而硬度越高，其表面的微观峰谷就越不易被压平，所以密封比压升高对密封效果的影响也比较小，于是又要相应地提高表面光洁度，给加工带来困难。采用具有迷宫式的密封面结构，使介质首先通过施加比压较小的迷宫部分而减压，在靠近密封面的外缘处施以较大的密封比压（双密封结构）而达到完全密封，这时实际所密封的压力由于迷宫部分的减压而变得较小了，从而易于达到密封。改进阀瓣的结构使通过阀杆施加的密封力主要作用于密封面外沿起类似双密封的效果。

（2）密封面材料

密封面材料除一般的强度耐腐蚀等要求外，对密封性能影响最大的是它的硬度，对密封面的硬度要求主要是具有承受相应密封比压防止发生塑性变形（宏观）和被压溃，硬度还与密封面的耐冲蚀能力有关。

应当指出密封面的硬度除与材料有关外，还与机加工方法有关，表面加工造成的冷作硬化将使局部硬度发生变化，因而不同的加工方法甚至不同的切削加工用量也会使同样光洁度的同种材料具有不同的密封性能。

密封面材料的亲水性能，吸附性能将对密封产生影响，通常金属对各种液体介质都具有良好的亲水性。由于毛细管作用将对密封产生不利的影响而易于泄漏。因此在密封面上油膜的存在将对密封性能产生有利的影响，这是因为油本身极易与金属密封面浸润而在毛细通道内形成边界层阻塞通道，同时油膜的存在破坏了密封面对工作介质的亲水性从而使本来能浸润密封面的介质变得不能浸润，这时毛细作用就将变得有利于密封了，因此在某些场合的阀门采用在密封面间注油或加入润滑脂的方法来提高密封性就是这个道理，润滑脂由于具有较大的粘度而更容易造成毛细通道的闭合。

从油膜对密封性能的影响，我们可以讨论密封面材料可以采用类似含油轴承的材料，含油轴承是用耐磨金属材料通过粉末冶金成型的，它可以在其内部的微孔中吸收润滑油，在实际工作中由于转轴的压力和旋转磨擦产生热量而使内含的润滑油到达表面起润滑作用，试想在某些闸阀或截止阀的密封副（包括阀座密封圈）采用类似的材料，当阀门关闭时（特别是闸阀由于密封面的摩擦和压紧力在密封面间将有润滑油膜存在一方面使摩擦减少，同时提高密封性，而一旦开启后，润滑油仍渗入密封面内部而不易随介质流动而散失）。

（3）密封面宽度

密封面宽度增加将使介质由内沿泄漏到外缘所经过的路径增加，流阻增加。应当指出毛细通道的长度并不等于密封面宽度因为毛细通道是曲折变化的，其实际长度将远大于密封面宽度。宽度增加只是从统计意义上毛细通道的平均长度增加，同时通道曲折，截面变化的程度从机率上来说也肯定增加，这就是使闭塞形成的可能性增大，所以增加密封面宽度是会有利于密封的。

但是密封面宽度增加对于施加同样的密封力则其比压将下降，另外应当指出密封面宽度增加将使加工精度难于保证易于造成密封副不能良好地吻合，使间隙增大。

（4）密封面的内外压差

实际这个压差就是所要密封的压力。在实际工况中密封面外（即阀后）常常是有压介质，它有从外缘进入密封面向内沿流动的趋势，从而阻碍被密封的介质向外泄漏，所以影响密封性能的不是闭腔内的介质压力而是内外压差。

（5）介质的性质

介质的粘性对密封性能影响极大，粘性大的介质由于内摩擦的作用，在毛细通道内流动阻力大，易于形成闭合。气体的粘度远小于液体所以气体介质的密封要比液体困难，但应指出，当介质为饱和蒸汽时，进入密封面的蒸汽可能在间隙或通道内部分凝结成液滴而阻塞通道，所以通常饱和蒸汽更容易密封些。

介质对密封面的浸润性能越强，毛细作用将越显著，也就是越不利于密封（浸润将易于形成或边界层而有利于密封但毛细作用是主要的）煤油的对金属具有良好的浸润性能，自身粘度也小，因而煤油的密封要比水困难得多，在实际生产中对一些在重要场合应用的阀门用煤油来进行密封性试验就是这个原因。

介质的分子体积是不相同的，这取决于介质的分子量和分子结构如水分子直径为0.003μ，显然体积大的分子易于被阻塞。

（6）工作温度

温度升高将使密封副膨胀，毛细管扩展，也可能由于介质密封副变形的不均匀而引起密封面畸变而影响密封副的吻合，间隙增大而不利于密封。所以应用于高温的阀门其阀体、阀座、阀瓣等零件的形状和结构设计应考虑升温时膨胀变形对密封面的影响，否则可能在常温冷模试验时密封良好而应用于高温实际工况时却发生泄漏。

温度升高还将影响介质的粘度，如前述温度升高液体粘度下降，气体粘度增加。因而对密封性的影响也是不同的。此外，高温的液体进入密封面后由于阻力降而降至，从而可能在毛细通道内部分汽化而产生微小的气泡附着于通道壁面阻碍液体通过。