專利名稱：微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬流體動力傳遞與介質(zhì)輸送工程領(lǐng)域，涉及流體通道固定對接(如管道與管道的固 定對接)和活動對接(如閥門開關(guān)閥元或閥瓣與閥座的活動對接)的靜態(tài)密封。
背景技術(shù)：
流體動力傳遞與介質(zhì)輸送均需要用管道將包括閥門在內(nèi)的各種壓力設(shè)備連成一個封閉系 統(tǒng)。壓力設(shè)備內(nèi)流體通道、壓力設(shè)備與管道以及管道間的固定對接需要密封和緊固，閥門閥 元或閥瓣與閥座的活動對接也需要密封和緊固或壓緊，否則無法實現(xiàn)對介質(zhì)的有控傳遞。相 同的是，固定對接與活動對接都可通過平面與平面、錐面與錐面或球面、球面與球面或錐面等的對接實現(xiàn)，如管道法蘭對接和IS014313平板式閘閥開關(guān)都是通過平面與平面的對接實 現(xiàn)的、IS08434-2擴(kuò)口式管對接和IS015761楔板式閘閥開關(guān)都是通過錐面與錐面對接實現(xiàn) 的、DIN7601擠壓管對接和IS017292球閥開關(guān)都是通過球面與錐面的對接實現(xiàn)的；不同的 是，固定對接的頻次低——只在安裝和維修時發(fā)生，閥門閥元或閥瓣與閥座間的活動對接頻 次高——隨關(guān)閉操作反復(fù)發(fā)生；但無論如何，兩者都屬用某種壓緊力實現(xiàn)的靜止密封對接， 或都是在對接操作中有相對移動但不要求密封、在對接搡作后無相對移動但要求密封，因而 前者可叫固定對接靜密封，后者可叫活動對接靜密封。由于普通金屬加工表面在微觀上總是凸凹不平的并是密封對接泄漏的唯一直接根源，因 此，現(xiàn)有技術(shù)金屬面的對接密封，不是靠壓縮軟材料變形地填平補齊對接表面的凸凹不平， 就是靠研磨一類光整加工地去掉對接表面的凸凹不平。用非金屬軟密封材料實現(xiàn)對接密封，除材料內(nèi)部微隙帶給對接新泄漏渠道外，密封材料 的松弛或爬行、化學(xué)穩(wěn)定性與兼容性、密封與強度的矛盾性(材料越軟、對接密封性越好、但 對接強度越低，反之亦然)、熱穩(wěn)定性等還帶給對接許多麻煩，因此，出現(xiàn)了象ASMEB16.5 附錄C和EN1514-l -8標(biāo)準(zhǔn)那樣品種繁多的密封墊及EN1591標(biāo)準(zhǔn)那樣繁雜的墊密封法蘭對 接設(shè)計計算方法，出現(xiàn)了象US6092811、 US6869081和US7255353專利那樣復(fù)雜的密封墊， 搞得專業(yè)工程技術(shù)人員都難于正確應(yīng)用一個區(qū)區(qū)密封墊。ISO10423標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了幾種實現(xiàn)平面與平面的密封對接的無需研磨加工的金屬-金屬環(huán)接 法蘭密封結(jié)構(gòu)，但其密封環(huán)只允許使用 一次。US4940208、 US4502663、 US4262688、 US4235418和US4147327披露了多種實現(xiàn)球面與球面或錐面的密封對接的金屬-金屬閥座密 封結(jié)構(gòu)，但至今未發(fā)現(xiàn)實際商業(yè)產(chǎn)品。EN1514-6標(biāo)準(zhǔn)和WO94/29620專利文獻(xiàn)同時披露了 現(xiàn)有技術(shù)宏觀V形金屬齒形密封墊的結(jié)構(gòu)和嚴(yán)格要求。顯然，如果不用密封墊而直接用普通機械加工表面實現(xiàn)各種表面的密封對接，則豈不是 一切密封對接的設(shè)計、制造、使用和維修都變得格外簡單了嗎？發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的或要解決的技術(shù)問題是，簡化和統(tǒng)一各種表面(如平面與平面、錐面與錐面 或球面、球面與球面或錐面等)對接的密封結(jié)構(gòu)，避免繁瑣的平面對接密封墊的設(shè)計計算、制 造、選用和安裝維修，避免傳統(tǒng)有形對接表面的研磨加工工序，提高密封對接的可靠性和資 源利用率。由機械加工工藝學(xué)可知，機械加工表面幾何誤差有表面粗糙度、表面波紋度和表面形狀 誤差三種；表面粗糙度是由切削刃跡構(gòu)成的輪廓元寬度較窄(或波長較短)的表面微觀幾何誤 差，其輪廓元寬度Xs/高度Zt〈50;表面波紋度是加工振動所致的輪廓元寬度稍寬(或波長稍 長)的表面微觀幾何誤差，其輪廓元寬度Xs/高度Zt二50 1000;表面形狀誤差是機床導(dǎo)軌或 工件安裝夾緊所致的輪廓元寬度較寬(或波長較長)的表面宏觀幾何誤差，其輪廓元寬度Xs/高 度^>1000。由于密封對接金屬表面的普通加工手段是車或鏜，屬稍精細(xì)的機械加工范疇， 需要使用稍高的主軸轉(zhuǎn)速和稍細(xì)的進(jìn)給速度，因此，振動所致的表面波紋度的波長較短，刃3跡構(gòu)成的粗糙度的波長更短；由于工件的安裝夾緊誤差可在相當(dāng)程度上得到避免，因此，在加工表面上，就形狀誤差而言，往往只有導(dǎo)軌與主軸的平行度和垂直度所致的波長很長的形狀誤差；由于相對表面形狀誤差波長而言，密封環(huán)帶較窄，因此，反映在對接密封面上的表面形狀誤差往往不會大于表面粗糙度和表面波紋度，或反映在對接密封面上的表面幾何誤差往往認(rèn)為只有表面粗糙度和表面波紋度，例如，刀架橫進(jìn)給導(dǎo)軌與主軸不垂直所致的端面至多是一個均勻內(nèi)凹或外凸不超過0.02:500的圓錐面，反映在中空而又凸起的對接面上的凹凸變化幅度遠(yuǎn)不會超過表面粗糙度和表面波紋度的高度；所以，對接密封所需要填平補齊的是對接表面上較細(xì)膩的微觀表面波紋度和粗糙度量級的凸凹不平。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN13555第5.2條更是明確認(rèn)定，對接密封所需要填平補齊的是對接表面上表面粗糙度量級的凸凹不平。由于現(xiàn)代普通車鏜對接表面的水平是表面粗糙度不會粗過Ral.6iJm(參見ASMEB46.1附圖B1),因此，為簡化和統(tǒng)一各種表面(如平面與平面、錐面與錐面或球面、球面與球面或錐面等)對接的密封結(jié)構(gòu)，特提出一種微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)，其特征是兩個對接表面之一面 是一個至少有一個微觀鋸齒環(huán)的有齒表面，之二面是一個光滑表面；所述鋸齒環(huán)的齒頂為刃，刃尖角或齒頂角約為90°~120°,齒高Zt約為10 20倍密封表面粗糙度Ra值，齒距Xs/齒髙 Zt約為20 500(對應(yīng)輪廓元較寬的表面粗糙度和輪廓元較窄的表面波紋度的輪廓元寬度Xs/ 高度Zt),確保對接接觸為"微觀線后跟面中線接觸"。由于線接觸的接觸面積逼近零，接觸 應(yīng)力逼近無窮大，因此， 一對接受力，無論對接力多小，鋸齒環(huán)刃都能變形地填平補齊對接 表面上的微觀凸凹不平而實現(xiàn)對接密封。由于緊跟在線接觸后面的幾乎是整個對接表面接觸， 因此，鋸齒環(huán)刃一接觸變形就受到面接觸保護(hù)而避免被壓鈍化或避免被壓消失，始終維持一 條線接觸。對接面上的各鋸齒環(huán)可相繼可相間，鋸齒數(shù)量可多可少，鋸齒方向可相同可相反； 但是，齒高Zt決定線接觸的變形量，齒距Xs/齒高Zt決定線后跟面的速度或決定對線接觸的 提供和保護(hù)程度。對同一個密封面而言，如果取較小的齒距Xs/齒高Zt值，則分?jǐn)偭Φ凝X數(shù) 多，單齒線后跟面的速度慢；如果取較大值，則分?jǐn)偭Φ凝X數(shù)少，單齒線后跟面的速度快； 雖然齒多齒少的單齒線后跟面的速度不一樣，但總的線后跟面的速度有可能還是大體一樣， 或總的密封效果有可能還是大體一樣；如果線后跟面的速度不一樣，則速度快的，密封接觸 面積大，接觸應(yīng)力小，密封性下降，反之亦然。如果有對接磨損，則越磨損、越光滑、越有 利密封。為增加微觀鋸齒環(huán)密封的可靠性感和可靠性，特提出一種有附加密封墊槽和墊的微觀鋸 齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)，其特征是兩個對接表面之一面是一個至少有一個微觀鋸齒環(huán)的有齒表面， 之二面是一個光滑表面，所述附加密封墊槽可全在所述有齒表面上，也可全在所述光滑表面 上，還可部分在一面上、對應(yīng)部分在另面上，位在所述鋸齒環(huán)內(nèi)側(cè)或外側(cè)或之間，用于容裝 密封墊，所述鋸齒環(huán)的結(jié)構(gòu)如前面所述。密封墊的體積及截面應(yīng)與其槽的容積及截面相匹配， 使其提供二次密封。同樣，為增加微觀鋸齒環(huán)密封的可靠性感和可靠性，還特提出一種有附加組合密封墊槽 和墊的微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)，其特征是兩個對接端之一端是一個中部凸起的端面，之二 端是一個中部凹陷的端面；對接合攏時，至少形成一對通過微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)密封對接的對接 表面(一面有微觀鋸齒環(huán)一面是光滑面)和一個組合密封墊槽，所述鋸齒環(huán)可在所述墊槽內(nèi)側(cè) 也可在所述墊槽外側(cè)；所述墊槽用于容裝密封墊，所述鋸齒環(huán)的結(jié)構(gòu)如前面所述。密封墊的 體積及截面應(yīng)與其槽的容積及截面相匹配，使其提供二次密封。用微觀鋸齒環(huán)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)平面與平面的固定對接靜密封的一個示例是， 一種用微觀鋸齒環(huán) 實現(xiàn)對接密封的廣義法蘭，其特征是兩個所述法蘭通過螺紋或螺栓實現(xiàn)緊固對接，通過微觀 鋸齒環(huán)或通過有附加密封墊槽和墊的微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)密封對接；即兩個對接的所述法蘭端可 有也可無附加密封墊槽和墊，但之一端至少有一個有微觀鋸齒環(huán)的有齒平面，之二端至少有 一個與所述有齒平面嚙合的光滑平面，所述螺紋或所述螺栓緊固對接結(jié)構(gòu)可在密封對接結(jié)構(gòu) 內(nèi)側(cè)或外側(cè)；所述微觀鋸齒環(huán)和所述有附加密封墊槽和墊的微觀鋸齒環(huán)結(jié)構(gòu)分別如前所述..用微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)平面與平面的活動對接靜密封的一個示例是， 一種用微 觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)關(guān)閉密封的平板閘閥，有一個矩形截面鬧板橫插在構(gòu)成流體通道的兩個閘板座 環(huán)間，閘板座環(huán)與閥體是密封對接的或密封鑲嵌的或一體的，閘板受閥桿操縱地在其座環(huán)間 上下滑動，當(dāng)閘板滑動到與其座環(huán)完全密封對接地阻斷流體通道時為全閉，其特征是所述閘板通過其兩個平行對接平面與其座環(huán)密封對接，在所述座環(huán)的對接面上至少有一個與流體通 道同心的微觀鋸齒環(huán)，所述閘板的對接面是連續(xù)平面或環(huán)形凸面，所述微觀鋸齒環(huán)如前所述,,用微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)錐面與錐面的活動對接靜密封的一個示例是， 一種用微 觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)關(guān)閉密封的楔板閘閩，有一個楔形閘板橫楔在構(gòu)成流體通道的兩個閘板座環(huán)間， 閘板座環(huán)與閥體是密封對接的或密封鑲嵌的或一體的，閘板受閥桿操縱地在其座環(huán)間楔進(jìn)楔 出，當(dāng)閘板楔進(jìn)到與其座環(huán)完全密封對接地阻斷流體通道時為全閉，其特征是所述閘板通過 其兩個錐或楔對接平面與其座環(huán)密封對接，在所述座環(huán)的對接面上至少有一個環(huán)繞流體通:遊 的微觀鋸齒環(huán)，所述閘板的對接面是連續(xù)平面或環(huán)形凸面，所述微觀鋸齒環(huán)如前所述。用微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)球面與錐面或球面的活動對接靜密封的一個示例是，--種用微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)關(guān)閉密封的球閥，有一個中間有個通孔的開關(guān)球橫坐在構(gòu)成流體通道的 兩個座環(huán)間，座環(huán)與閩體是密封滑動配合或是密封緊配合，開關(guān)球受閥桿操縱地在其座環(huán)間 轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)動到其通孔與閥體流體通道軸線重合時為全開，與閥體流體通道軸線垂直時為全 閉，其特征是所述開關(guān)球通過其球面與其座環(huán)密封對接，所述座環(huán)的對接面是一個用凹切圓 錐面凹切有兩個鋸齒環(huán)的圓錐面(可叫被凹切圓錐面)，所述凹切圓錐面與所述被凹切圓錐面 平行、并相對所述開關(guān)球心對稱、并差Zt才與通過所述鋸齒環(huán)頂?shù)拈_關(guān)球面相切，即相對開關(guān)球面所述鋸齒環(huán)高Zt;所述鋸齒環(huán)的齒頂為刃，刃尖角或齒頂角約為90°~120°，所述齒 高Zt約為10 20倍密封表面粗糙度Ra值，確保變形密封刃接觸后面緊跟一個受力球面接觸， 保護(hù)密封接觸面中始終有線接觸。實際上，凹切圓錐面與被凹切圓錐面間的直線距離僅僅是 鋸齒環(huán)的宏觀形式齒高，而真正起作用的鋸齒環(huán)高是相對開關(guān)球面的微觀齒高Zt。由上述應(yīng)用示例不難看出，微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)適合用作各種表面(如平面與平面、 錐面與錐面或球面、球面與球面或錐面等)對接的密封結(jié)構(gòu)。實際上，只要在稍凸起的有對接 鋸齒環(huán)結(jié)構(gòu)的面上，由機床導(dǎo)軌平行度和垂直度以及工件裝夾變形所致的表面形狀誤差輪/鄰 元高度(誤差輪廓波高度)，不大于切削振動所致的表面波紋度輪廓元高度和不大于切削刃迎 所致的表面粗糙度輪廓元高度，那么， 一切表面對接都可靠齒高稍大的微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)對接 密封。例如，對于未列舉到的截止閥、止回閥等閥門的關(guān)閉密封以及對于包括閥體對接和汽 車引擎缸蓋對接在內(nèi)的一切經(jīng)螺栓緊固的端面對接密封或一切不涉及與緊固螺紋垂直的端面 對接密封，均可用微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對接密封；對于涉及與緊固螺紋垂直的端面' 對接密封，只要保證端面和螺紋在同一次加工裝夾中完成，即保證垂直度誤差(表面形狀誤差) 小于表面波紋度和表面波紋度，也可用微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對接密封。也就是說， 本發(fā)明的微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)適合一切表面的密封對接。由于密封的實質(zhì)是填平補齊對接表面的凸凹不平，因此，密封對接面越粗糙越不利對接 密封的實現(xiàn)，越平滑越有利對接密封的實現(xiàn)?？墒牵瑢τ诳糠墙饘倨綁|實現(xiàn)密封對接的表面 而言，是不允許過于平滑的，因為對接面平滑時密封墊將隨對接應(yīng)力松弛而被壓飛出去；因 此，ASMEB16.5規(guī)定，平面對接的管法蘭端面必須是有增粗槽的粗糙度為Ra3.2-6.3|jm的表 面。由于表面粗糙度Ra3.2-6.3ijm是工業(yè)化初期的普通車鏜水平，僅相當(dāng)現(xiàn)代粗獷加工水平 ——現(xiàn)代普通車鏜水平是內(nèi)表面Ra3.2~Ral.6|jm、外表面Ral.6~Ra0.8|jm (參見ASME B46.1 附圖Bl),加之密封墊只能一次性使用，因此，可以說，誕生于工業(yè)化初期的伴隨粗獷加工 的墊密封技術(shù)是與現(xiàn)代科技加工時代格格不入的，或是延緩高能耗粗獷設(shè)備壽命，或是延長 現(xiàn)代精細(xì)設(shè)備的粗獷加工時間，既伴隨無畏地消耗地球資源，還伴隨大量廢棄密封墊污染環(huán) 境。加之，微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)只有靠現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)才可經(jīng)濟(jì)實現(xiàn)，所以，可以說， 本發(fā)明的微觀鋸齒環(huán)密封技術(shù)是一項與時俱進(jìn)的重大技術(shù)進(jìn)步。美國《ASME鍋爐與壓力容器法規(guī)VIII卷l冊附錄2》(簡稱《ASME法規(guī)》)提出兩個密 封墊系數(shù)m和y，用于墊密封法蘭對接的載荷計算，并被歐洲釆納進(jìn)EN13445標(biāo)準(zhǔn)；其y 是無介質(zhì)壓力時密封墊實現(xiàn)密封所必須的最低密封應(yīng)力(一般用0.14巴介質(zhì)壓力測試確定)， 其m-(W-A2P)/AiP是有介質(zhì)壓力時為維持對墊密封面的壓縮載荷而需要通過法蘭緊固螺栓 附加的壓縮載荷系數(shù)，其中W-總螺栓緊固力、A產(chǎn)墊內(nèi)堂面積(相當(dāng)于一個法蘭端蓋的介質(zhì) 作用面積)、Af墊密封面積、P二介質(zhì)壓強。無疑，(W-A2P)是有介質(zhì)壓力時能在密封面上產(chǎn) 生密封應(yīng)力的力，Af是介質(zhì)在密封面上的去密封作用力，也就是說，密封結(jié)構(gòu)的m-密封面 上的密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力，自密封結(jié)構(gòu)的rr^反映在密封面上的介質(zhì)密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力，非自密封結(jié)構(gòu)的m二密封面上的機械密封作用力/ 密封面上的介質(zhì)去密封作用力，顯然，m是一個大小與y無關(guān)的參數(shù)，而且m值越大，結(jié)構(gòu) 的密封可靠性越高；然而，《ASME法規(guī)》以及整個世界卻一直還沒觸及和應(yīng)用這些隱含密封 規(guī)律?，F(xiàn)在有效版本中的墊材與接觸結(jié)構(gòu)的m和y值大部分符合而小部分不符合其早期關(guān)系 式180(2m-l)2=y,似乎《ASME法規(guī)》已發(fā)現(xiàn)其m和y值有問題。加之未將m和y與泄 漏率相連，因此，美國壓力容器研究院(BVRC)和EN13555分別提出了替代m和y的與緊密 度或泄漏率有關(guān)的新密封墊參數(shù)，從此，墊密封的設(shè)計計算變得更復(fù)雜。然而，數(shù)十年來， 美國的新參數(shù)測試標(biāo)準(zhǔn)，到《ASTM WK10193-2006螺栓緊固對接法蘭密封墊的常數(shù)測試》 已是第IO稿但仍然未生效；雖然歐洲早就頒發(fā)了新密封墊參數(shù)測試標(biāo)準(zhǔn)EN13555,但仍然 認(rèn)可繼續(xù)使用《ASME法規(guī)》的m和y;似乎，人們對兩種新密封墊參數(shù)仍有質(zhì)疑。
《ASME法規(guī)》的密封墊系數(shù)m和y是以對接泄漏和不泄漏為準(zhǔn)確定的，美國BVRC的 新密封墊參數(shù)是以對接緊密度為準(zhǔn)確定的，EN13555的新密封墊參數(shù)是以對接泄漏率為準(zhǔn)確 定的。按照《ASME法規(guī)》的理念，密封墊實現(xiàn)密封所必須的最低密封應(yīng)力是密封材料強度 和密封表面結(jié)構(gòu)的函數(shù)，對某種確定材料和確定結(jié)構(gòu)而言，是一個與介質(zhì)壓力和接觸面積無 關(guān)的參數(shù)。按美國BVRC和EN13555的新理念，密封墊實現(xiàn)密封所必須的最低密封應(yīng)力，除 與密封材料強度和密封表面結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與介質(zhì)壓力有關(guān)，因為其泄漏率與墊材內(nèi)部微隙 有關(guān)，有時將隨介質(zhì)壓力增高而增大。也就是說，對某種確定材料和確定結(jié)構(gòu)的密封對接而 言，密封墊實現(xiàn)密封所必須的最低密封應(yīng)力(單位面積上的壓力)，按泄漏和不泄漏考慮，與 介質(zhì)壓力和接觸尺寸大小無關(guān)，按泄漏率考慮，則還與介質(zhì)壓力大小有關(guān)，但與接觸尺寸大 小無關(guān)。然而，中國的《實用閥門設(shè)計手冊》和《球閥設(shè)計與選用》書中記載的實現(xiàn)密封所 必須的最低密封應(yīng)力(書中叫必需比壓)是不涉及泄漏率的，但卻涉及介質(zhì)壓力和接觸尺寸大 小，既不符合《ASME法規(guī)》理念，也不符合美國BVRC和EN13555新理念，相差十分懸殊， 或許這就是中國對接密封與世界對接密封的差距。
本發(fā)明是在拓寬或延伸《ASME法規(guī)》的法蘭墊密封理念的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。 首先，本發(fā)明將通過螺紋或螺栓緊固實現(xiàn)對接的法蘭對接密封，定義分為固定對接靜密 封；將閥門開關(guān)密封，定義為活動對接靜密封；從而將《ASME法規(guī)》定義的法蘭密封墊系 數(shù)m和y，擴(kuò)展到閥門開關(guān)密封設(shè)計。由于固定對接靜密封與活動對接靜密封的差別僅在于 對接頻次不同，因此，將《ASME法規(guī)》定義的m和y擴(kuò)展來處理閥門開關(guān)密封是科學(xué)的.，
其次，本發(fā)明將《ASME法規(guī)》的法蘭墊系數(shù)m的隱含意義引申為明確的"密封結(jié)構(gòu)的 密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m(-密封面上的密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力)"，并 將密封接觸面視為一個干擾脈沖放大器，從而應(yīng)用m理念審視和設(shè)計一切密封結(jié)構(gòu)，并通過 提高結(jié)構(gòu)m值地提高結(jié)構(gòu)的密封可靠性。由于一旦密封對接受到干擾作用力而影響密封應(yīng)力 瞬間下降至某種程度時，介質(zhì)將由局部至整體地迅速浸入密封接觸面而產(chǎn)生一個"密封接觸 面積x介質(zhì)壓強"的去密封作用力，因此，任何密封接觸面無疑都是一個干擾脈沖放大器， 當(dāng)然，"密封面上的密封作用力"相對"密封面上的介質(zhì)去密封作用力"越大，即密封結(jié)構(gòu)的 m值越大，結(jié)構(gòu)的密封可靠性越高、泄漏率越低，所以，毫無疑問，本發(fā)明新定義的密封維 持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m是符合客觀實際的，并進(jìn)一步地揭示出對接密封的普遍規(guī)律。對于某 些自密封結(jié)構(gòu)，密封面上的密封作用力和去密封作用力都是介質(zhì)壓力提供的，因此，無疑那 些自密封結(jié)構(gòu)的m-介質(zhì)的密封作用面積/介質(zhì)的去密封作用面積；對于非自密封結(jié)構(gòu)，顯然
密封面上的密封作用力是機械緊固力提供的，因此，非自密封結(jié)構(gòu)的17!=密封面上的機械密
封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力。
最后，本發(fā)明根據(jù)《ASME法規(guī)》關(guān)于y值越小越好的含義，提出一個微觀鋸齒環(huán)密封 對接結(jié)構(gòu)，用逼近零接觸面積的線接觸實實在在地提供一個逼近無窮大的實現(xiàn)初始密封的實 際應(yīng)力，用線接觸后緊跟的面接觸或用小壓力除以大面積的方式提供一個大小可忽略不計的 《ASME法規(guī)》定義的最低密封應(yīng)力y，乃至超越《ASME法規(guī)》地在密封對接設(shè)計中不再考 慮y值影響，統(tǒng)一使密封對接設(shè)計變得象普通機械強度設(shè)計一樣，只考慮相當(dāng)于安全系數(shù)的 密封抗干擾系數(shù)m。
由于某些自密封結(jié)構(gòu)的密封維持系數(shù)m-介質(zhì)的密封作用面積/介質(zhì)的去密封作用面積， 因此，可以說，密封維持系數(shù)m是一個結(jié)構(gòu)的固有參數(shù)，只與結(jié)構(gòu)的介質(zhì)作用面積大小有關(guān)，與密封材料強度和密封表面接觸結(jié)構(gòu)無關(guān)，或者說與無介質(zhì)壓力時密封所必須的最低密封應(yīng)
力y無關(guān)，并可通過改變結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)大小地改變大小，不是《ASME法規(guī)》提出的固定不變 的零。例如，O形圈自密封結(jié)構(gòu)的密封維持系數(shù)m就不等于零，并可通過改變O形圏容槽結(jié) 構(gòu)地改變O形密封圈的介質(zhì)密封作用面積與介質(zhì)去密封作用面積的比例即改變結(jié)構(gòu)的m值， 進(jìn)而改變O形圈密封結(jié)構(gòu)的密封可靠性。又例如，無論用什么密封材料，CN200810172828.X 圖7a的靠開關(guān)球03自動浮動在閥座02上實現(xiàn)關(guān)閉密封的球閥座的密封維持系數(shù)m就可隨 設(shè)計任意改變，圖10的靠閥座02a和02b自動浮動在開關(guān)球03上實現(xiàn)關(guān)閉密封的球閥座的 密封維持系數(shù)m=l,圖lla的靠閥座02a和02c自動浮動在開關(guān)球03上實現(xiàn)關(guān)閉密封的球 閥座的密封維持系數(shù)m=1.41。
由于非自密封結(jié)構(gòu)的密封維持系數(shù)m-密封面上的機械密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密 封作用力，因此，可以說，密封結(jié)構(gòu)的m只與產(chǎn)生密封的緊固力和產(chǎn)生去密封的介質(zhì)作用力 大小有關(guān)，與密封材料強度和密封表面接觸結(jié)構(gòu)無關(guān)，或者說與無介質(zhì)壓力時密封所必須的 最低密封應(yīng)力y無關(guān)，并可在材料強度許可范圍內(nèi)，通過改變結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)大小地改變大小， 進(jìn)而改變密封結(jié)構(gòu)的可靠性。然而，《ASME法規(guī)》卻用等式180(2m-l)^y將m與y關(guān)聯(lián)在 一起。
由于微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)的初始接觸為線接觸，材料越硬，接觸面積越逼近零，因 此，可以說，無論材料多強多硬，對接結(jié)構(gòu)通過線接觸實現(xiàn)初始密封所需的作用力都象軟材 料一樣，都可小至忽略不計；也就是說，無論材料硬還是軟，只要適時應(yīng)用微觀鋸齒環(huán)密封 結(jié)構(gòu)，任何對接結(jié)構(gòu)為實現(xiàn)初始密封所需的那份力均可做到忽略不計，或無介質(zhì)壓力時任何 對接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)密封所必須的最低密封應(yīng)力y均可做到忽略不計；加之，為承受極限工作壓力 那份強大的結(jié)構(gòu)緊固力，在無介質(zhì)壓力時早已使對接結(jié)構(gòu)充分實現(xiàn)初始密封，以至于任何對 接結(jié)構(gòu)的密封只需要附加一份維持和加強初始密封所需的由m值確定的力(等于m倍介質(zhì)去 密封作用力)，而且m值越大、結(jié)構(gòu)的密封性越好、泄漏率越低。由于n^l時，結(jié)構(gòu)密封面 上的密封作用力=結(jié)構(gòu)密封面上的介質(zhì)去密封作用力，因此，m=l時的密封結(jié)構(gòu)應(yīng)處在密封 與非密封臨界狀態(tài)；也就是說，任何密封結(jié)構(gòu)的m都應(yīng)該大于l,并且稍大于l就可實現(xiàn)密 封，然而，《ASME法規(guī)》的理念卻不是如此，可以說它的密封與非密封的臨界m=0~6.5， 并隨密封材料和結(jié)構(gòu)而變。
綜上所述可知，本發(fā)明定義的"密封結(jié)構(gòu)的密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m(二密封面上的 密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力)"，雖然包含在《ASME法規(guī)》定義的法蘭墊系數(shù) m里，但卻又完全不同于《ASME法規(guī)》現(xiàn)有理解和應(yīng)用；本來任何業(yè)內(nèi)科技人員，只要把 《ASME法規(guī)》的原始定義稍加推敲，就可毫無疑問地象本發(fā)明一樣，得出"m大小與y大 小無關(guān)"的結(jié)論，然而，人們卻一直東縛于《ASME法規(guī)》，始終將m和y的大小連在一起， 一直未能觸及其通過法蘭墊系數(shù)m和y所揭示的偉大的密封對接的普遍規(guī)律。
所以，本發(fā)明是對《ASME法規(guī)》現(xiàn)有理念的一種發(fā)掘和突破。本發(fā)明的突破始于打破 束縛地領(lǐng)會到，有介質(zhì)壓力時的密封結(jié)構(gòu)的密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m大小雖然與無介質(zhì) 壓力時的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)初始密封所必須的最低密封應(yīng)力y大小無關(guān)，但"y值的可忽略性"卻是 m的理念和公式成立的或有意義的充要條件，或者說，只有將對接結(jié)構(gòu)的y值降至可忽略不 計時才能確保結(jié)構(gòu)實現(xiàn)初始密封，只有對接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)初始密封時或只有對接結(jié)構(gòu)有密封時才 有"密封維持"可言或密封維持系數(shù)m才有意義，因此，本發(fā)明首先是創(chuàng)造出y值可忽略不 計的微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)元，然后是應(yīng)用微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)元和m理念創(chuàng)造出密 封性能優(yōu)異的對接結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品，實現(xiàn)前述發(fā)明目的。


所有視圖中的微觀鋸齒環(huán)都是夸大畫的，其中Zt代表微觀鋸齒環(huán)齒高，Xs代表微觀鋸齒
環(huán)齒距。
圖l是本發(fā)明的無墊螺栓連接法蘭，法蘭A是對接端面上有4個微觀鋸齒環(huán)和一個宏觀 邊緣支撐鋸齒環(huán)的法蘭，法蘭B是對接端面光滑的法蘭，通過螺栓提供緊固對接，通過微觀 鋸齒環(huán)提供密封對接，通過邊緣支撐鋸齒環(huán)阻止法蘭的緊固彎曲變形。
圖2是本發(fā)明的兩種有墊螺栓連接法蘭，左右兩邊的剖視圖各代表一種。左邊的是有整體墊槽的螺栓連接法蘭，法蘭A是對接端面上有兩個微觀鋸齒環(huán)、 一個宏觀邊緣文撐鋸齒環(huán)
和一個墊槽的法蘭，法蘭B是對接端面光滑的法蘭，通過螺栓提供緊固對接，通過微觀鋸齒環(huán)提供一次密封對接，通過自密封墊04a提供二次密封對接，通過邊緣支撐鋸齒環(huán)阻止法蘭的緊固彎曲變形。右邊的是有組合墊槽的螺栓連接法蘭，法蘭A是對接端面中部凸起的法蘭，高階端面是光滑表面，在低階端面上有兩個微觀鋸齒環(huán)和一個宏觀邊緣支撐鋸齒環(huán)，法蘭B是對接端面中部凹陷的法蘭，高、低階端面都是光滑表面，對接時，從里到外形成一對無齒對接面、 一個密封墊槽、 一對有齒對接面，通過螺栓提供緊固對接，通過無親密接觸的無齒對接消除對接干涉，通過微觀鋸齒環(huán)提供一次密封對接，通過自密封墊04b提供二次密封對接，通過邊緣支撐鋸齒環(huán)阻止法蘭的緊固彎曲變形。
圖3a 3c是圖2的局部IIa放大視圖，圖3a的墊的壓縮變形量大，因此，矩形截面墊04a變形為腰鼓形；圖3b的墊的壓縮變形量小，因此，墊04a的矩形截面形狀幾乎不變。圖3d是圖2的局部IIb放大視圖，墊04b的截面形狀為圓形。
圖4是一種應(yīng)用本發(fā)明的微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)關(guān)閉密封的平板閘閥，其法蘭連接端和體速接結(jié)構(gòu)(未畫)與圖2的左邊法蘭結(jié)構(gòu)相同，其開關(guān)密封結(jié)構(gòu)如其局部III的放大視圖5所示。
圖6是一種應(yīng)用本發(fā)明的微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)關(guān)閉密封的楔板閘閥，其法蘭連接端和體連接結(jié)構(gòu)與圖2的左邊法蘭結(jié)構(gòu)相同，其開關(guān)密封結(jié)構(gòu)如其局部IV的放大視圖7所示。
圖8是一種應(yīng)用本發(fā)明的微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)關(guān)閉密封的浮動球閥，其開關(guān)密封結(jié)構(gòu)如其局部V的放大視圖9所示，其體密封結(jié)構(gòu)如其局部VI的放大視圖IO所示。
圖11和圖12是本發(fā)明抽象出的四個典型墊密封結(jié)構(gòu)，圖11的墊容腔截面是正方形1-2-3-4，泄漏路徑U —U首先是1-4-3，屬曲線泄漏型，圖12的墊容腔截面是矩形1-2-3-4,泄漏路徑Li — Lo是1-2，屬直線泄漏型，但圖lla和圖12a的墊是填滿填緊容腔的，無介質(zhì)作用面積、無自密封性，圖llb和圖12b的墊未填滿高壓側(cè)容腔，有介質(zhì)作用面積、有自密封性。
具體實施例方式
按照本發(fā)明，各種表面(如平面與平面、錐面與錐面或球面、球面與球面或錐面等)的對接密封，都可通過微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)；為增加微觀鋸齒環(huán)密封的可靠性感和可錄性，可在微觀鋸齒環(huán)內(nèi)側(cè)或外側(cè)或之間附加一個密封槽墊密封對接結(jié)構(gòu)，用微觀鋸齒環(huán)提供一次密封，用密封槽墊提供二次密封；附加的密封槽墊結(jié)構(gòu)可歸納為曲漏型密封結(jié)構(gòu)和直漏型密封結(jié)構(gòu)，各自可按非自密封和自密封工作配裝密封墊。
圖l是用本發(fā)明的微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)密封對接的法蘭，法蘭A是對接端面上有4個微觀鋸齒環(huán)和一個宏觀邊緣支撐鋸齒環(huán)的法蘭，法蘭B是對接端面光滑的法蘭，通過螺栓提供緊圓對接，通過微觀鋸齒環(huán)提供密封對接，通過邊緣支撐鋸齒環(huán)阻止法蘭的緊固彎曲變形。
圖2是用本發(fā)明的有附加密封槽墊的微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)密封對接的法蘭，左邊的是有整體墊槽的法蘭，右邊的是有組合墊槽的法蘭。左邊視圖的法蘭A是對接端面上有兩個微觀鋸齒環(huán)、 一個宏觀邊緣支撐鋸齒環(huán)和一個整體墊槽的法蘭，法蘭B是對接端面光滑的法蘭，通過螺栓提供緊固對接，通過微觀鋸齒環(huán)提供一次密封對接，通過自密封墊04a提供二次密封對接，通過邊緣支撐鋸齒環(huán)阻止法蘭的緊固彎曲變形。右邊視圖的法蘭A是對接端面中部凸起的法蘭，其高階端面是光滑表面，在低階端面上有兩個微觀鋸齒環(huán)和一個宏觀邊緣支撐鋸齒環(huán)；法蘭B是對接端面中部凹陷的法蘭，其高、低階端面都是光滑表面，對接時，從里到外形成一對無齒對接面、 一個組合密封墊槽、 一對有齒對接面；通過螺栓提供緊固對接，通過無齒對接面的無親密接觸對接消除對接干涉，通過微觀鋸齒環(huán)提供一次密封對接，通過自密封墊04b提供二次密封對接，通過邊緣支撐鋸齒環(huán)阻止法蘭的緊固彎曲變形。圖4和圖8的座環(huán)02a與閥體01的密封對接也屬有附加組合槽墊的微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)。
由于圖l和圖2法蘭的宏觀邊緣支撐鋸齒環(huán)的齒頂尖、高度高，必要時還可只保留螺栓附近局部齒環(huán)，因此，其強度可遠(yuǎn)小于微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)的強度，但又不失為緊固支撐，這樣，既不影響微觀鋸齒環(huán)的密封對接又可避免傳統(tǒng)法蘭因無緊固支撐引起的緊固彎曲變形(《ASME法規(guī)》叫轉(zhuǎn)動變形)。
圖2左邊的墊密封結(jié)構(gòu)屬直漏型，其泄漏路徑是密封墊04a與法蘭B的接合平面；圖2右邊的墊密封結(jié)構(gòu)屬曲漏型，其泄漏路徑首先是密封墊04b與法蘭B的接合曲面；如果對接后密封墊填滿、填緊容腔，則墊無加強密封的介質(zhì)作用面積，墊的密封應(yīng)力只能由機械安裝壓緊力提供；如果對接后密封墊與容腔在高壓側(cè)有間隙，則墊有加強密封的介質(zhì)作用面積，墊的密封應(yīng)力隨介質(zhì)壓力增加而增加。圖2中的密封墊04a和04b都是按自密封配備的。
圖2中的自密封墊04a的原始截面可以是圖3a和圖3b所示的矩形，也可以是圖3c所示的圓形，其截面和體積大小應(yīng)有利于密封墊在被對接壓縮后，除其高壓側(cè)與容腔不發(fā)生徑向親密接觸外，其它面與容腔均應(yīng)是親密接觸，以使泄漏介質(zhì)07能對密封墊產(chǎn)生密封作用力；圖3a的墊的壓縮變形量大，安裝對接后截面由矩形變腰鼓形，圖3b的墊的壓縮變形量小，安裝對接后截面仍然是矩形。
作為圖2左視圖法蘭連接的自密封墊04a,如圖3a 3c所示，其介質(zhì)密封作用面積是nDka,其介質(zhì)去密封作用面積是n(D+a)a,其"介質(zhì)的密封作用面積/介質(zhì)的去密封作用面積"=k/(l+a/D),因此，對于質(zhì)地較軟而逼近按液體傳遞壓力的墊(其介質(zhì)密封作用面上的介質(zhì)壓強全數(shù)轉(zhuǎn)換為密封面上的密封應(yīng)力)，！o(l+a/D)時，密封才有保障，對于質(zhì)地較硬而逼近按固體泊松變形傳遞壓力的墊(其介質(zhì)密封作用面上的介質(zhì)壓強至多半數(shù)轉(zhuǎn)換為密封面上的密封應(yīng)力)，！o2(l+a/D)時，密封才有保障。對于圖3c所示的圓截面密封墊04a,如果k^4/n,則容腔高度ka將大于或等于墊截面直徑，密封墊將因此失去初始密封應(yīng)力而失去自密封力，因此，又應(yīng)使k〈4/n。所以，圓截面密封墊的k值應(yīng)當(dāng)是(l+a/D)<k<4/n。由此可見，對于直漏型自密封結(jié)構(gòu)，矩型截面墊比圓截面密封墊的k值少一個極限限制因而可有更高的密封可靠性。
如圖3d所示，圖2中的自密封墊04b的原始截面應(yīng)當(dāng)是大小合適的圓形，容腔截面應(yīng)當(dāng)是正方形，以便對接合攏形成的容腔截面各邊與墊的壓接觸長度為a',各邊與墊的未壓接觸玄長為k'a'，并使k、g。如果k、&,對于質(zhì)地較軟而逼近按液體傳遞壓力的墊，則四個a'接觸密封元的密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m值大致都接近大于JI，對于質(zhì)地較硬而逼近按固體泊松變形傳遞壓力的墊，則至少靠近泄漏口的兩個a'接觸密封元的密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m值可始終大于l。由此可見，曲漏型O形密封墊的密封性能極佳。
圖4是一種應(yīng)用本發(fā)明的微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)關(guān)閉密封的平板閘閥，有一個矩形截面閘板03橫插在構(gòu)成流體通道的兩個閘板座環(huán)02a間，受閥桿操縱地上下滑動；如其局部III的放大視圖5所示，在座環(huán)02a與閘板03的對接面上有兩個與流體通道同心的微觀鋸齒環(huán)，在閥體Ol與座環(huán)02a端面的對接面上也有一個與流體通道同心的微觀鋸齒環(huán)，在座環(huán)02a與閥體Ol間還有一個密封墊02b，當(dāng)閘板滑動到其中間通孔與座環(huán)完全錯開時，閘板03在介質(zhì)壓力推動下依次壓下游座環(huán)02a、密封墊02b和閥體01,閘板與下游座環(huán)間通過微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)密封對接，座環(huán)與閥體間通過微觀鋸齒環(huán)和密封墊實現(xiàn)雙重密封對接。閘板的對接面可以是連續(xù)平面也可以是環(huán)形凸臺平面，密封墊02b可以是左邊的非自密封矩形截面墊也可以是右邊的自密封O形截面墊。未畫出的閥蓋/閥體對接，可同圖6—樣，通過有附加槽墊的微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)密封對接。圖6是一種應(yīng)用本發(fā)明的微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)關(guān)閉密封的楔板閘閥，有一個楔形截面閘板03橫楔在構(gòu)成流體通道的兩個與閥體Ol—體的閘板座環(huán)間，受閥桿06操縱地楔上楔下；如其局部IV的放大視圖7所示，在座環(huán)與閘板03的對接面上有兩個微觀鋸齒環(huán)，當(dāng)閘板楔緊在座環(huán)間時，閘板在介質(zhì)壓力推動下進(jìn)一步壓緊在下游座環(huán)上，通過微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)密封對接.,閘板的對接面可以是連續(xù)的也可以是環(huán)形凸起的，鬧板座環(huán)與閥體可是密封鑲嵌的也可是一體的。如圖6所示，閥蓋05與閥體01也是通過有附加槽墊的微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)密封對接的，其閥體端A與圖2的左法蘭A相同，其閩蓋端B與圖2的左法蘭B相同。
圖8是一種應(yīng)用本發(fā)明的微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)關(guān)閉密封的浮動球閥，有一個中間有個通孔的開關(guān)球03橫坐在構(gòu)成流體通道的兩個座環(huán)02a間，受閥桿06操縱轉(zhuǎn)動；如其局部V的放大視圖9所示，在座環(huán)02a與開關(guān)球03的對接圓錐面AB上有兩個微觀鋸齒環(huán)a'和b',在座環(huán)02a與閥體Ol對接端面上也有兩個微觀鋸齒環(huán)(該齒環(huán)也可設(shè)在閥體上而不設(shè)在座環(huán)上)，在座環(huán)02a與閥體Ol間還有一個密封墊02b，當(dāng)開關(guān)球轉(zhuǎn)動到其中間通孔與閥體流體通道軸線垂直時，開關(guān)球03在介質(zhì)壓力推動下依次壓下游座環(huán)02a、密封墊02b和閥體01，開關(guān)球與下游座環(huán)間通過微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)密封對接，座環(huán)與閥體間通過微觀鋸齒環(huán)和密封墊實現(xiàn)雙重密封對接。座環(huán)02a內(nèi)圓錐面AB上的鋸齒環(huán)a'和b'是一個由凹切圓錐面a〃b"形成的，凹切圓錐面a"b"與被凹切圓錐面AB平行、并相對開關(guān)球心對稱、并差Zt才與通過鋸齒環(huán)頂?shù)拈_關(guān)球面相切，即相對開關(guān)球面，鋸齒環(huán)僅僅高Zt;鋸齒環(huán)的齒頂為刃，刃尖角或齒頂角約為90°~120°，齒高Zt約為10 20倍密封表面粗糙度Ra值，確保變形密封刃接觸后面緊跟一個受力球面接觸，保護(hù)密封接觸面中始終有線接觸；實際上，凹切圓錐面a"b〃與被凹切圓錐面AB間的直線距離僅僅是鋸齒環(huán)的宏觀形式齒高，而真正起作用的鋸齒環(huán)高是相對開關(guān)球面的微觀齒高Zt。如圖8的局部VI的放大視圖IO所示，閥蓋05與閥體Ol也是通過有附加槽墊04的微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)密封對接的，其閥體端與圖2的左法蘭A相當(dāng)，其閥蓋端與圖2的左法蘭B相當(dāng)，只是它們的緊固不是通過螺栓而是通過螺紋實現(xiàn)的，或者
說,這是一種廣義法"^"對接
'總之，圖1所示^無槽°墊的螺栓法蘭對接、圖2所示的有槽墊的螺栓法蘭對接、圖4所示的平板閘閥的開關(guān)對接以及圖4、圖6和圖8所示的閥體01與閥蓋05的對接都是通過微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)平面與平面對接密封的實例，圖6所示的楔板閘閥的開關(guān)對接可以視為通過銀齒環(huán)實現(xiàn)(圓)錐面與(圓)錐面對接密封的實例，圖8所示的浮動球閥的開關(guān)對接可以視為通過鋸齒環(huán)實現(xiàn)球面與錐面對接密封的實例。如所有局部放大視圖所示，微觀鋸齒環(huán)的齒頂為刃，刃尖角或齒頂角約為90°~120°,齒高Zt約為10 20倍密封表面粗糙度Ra值，齒距Xs/齒髙Zt約為20 500(對應(yīng)輪廓元較寬的表面粗糙度和輪廓元較窄的表面波紋度的輪廓元寬度Xs/高度Z。；對接面上的各鋸齒環(huán)可相繼可相間，鋸齒數(shù)量可多可少，鋸齒方向可相同可相反；但是，齒高Zt決定線接觸的變形量，齒距Xs/齒高Zt決定線后跟面的速度或決定對線接觸的提供和保護(hù)程度；對同一個密封面而言，如果取較小的齒距Xs/齒高Zt值，則分?jǐn)偭Φ凝X數(shù)多，單齒線后跟面的速度慢；如果取較大值，則分?jǐn)偭Φ凝X數(shù)少，單齒線后跟面的速度快；雖然齒多齒少的單齒線后跟面的速度不一樣，但總的線后跟面的速度有可能還是大體一樣，或總的密封效果有可能還是大體一樣，都能確保對接接觸為"微觀線后跟面中線接觸"。由于線接觸的接觸面積逼近零，接觸應(yīng)力逼近無窮大，因此， 一對接受力，無論對接力多小，鋸齒環(huán)刃都能變形地填平補齊對接表面上的微觀凸凹不平而實現(xiàn)對接密封。由于緊跟在線接觸后面的幾乎是整個對接表面接觸，因此，鋸齒環(huán)刃一接觸變形就受到面接觸保護(hù)而避免被壓鈍化或避免被壓消失，始終維持一條線接觸。如果線后跟面的速度不一樣，則速度快的，密封接觸面積大，接觸應(yīng)力小，密封性下降，反之亦然。
圖11和圖12是從本發(fā)明的有槽墊密封對接結(jié)構(gòu)中抽象出的四種典型墊密封結(jié)構(gòu)。圖11所示的是一種曲線泄漏型，其墊容腔截面是正方形1-2-3-4，其泄漏路徑L「L。首先是1-4-3,其次是1-2-3，因為l-4面和2-3面的面積和應(yīng)力相等，3-4面比l-2面的面積大、應(yīng)力?。粓D12所示的是一種直線泄漏型，其墊容腔截面是矩形1-2-3-4,其泄漏路徑Li —Lo是1-2;但是，圖lla和圖12a的墊是填滿填緊容腔的，無介質(zhì)作用面積、無自密封性，圖llb和圖12b的墊未填滿高壓側(cè)容腔，有介質(zhì)作用面積、有自密封性。其實，這也是普通墊密封結(jié)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)。對于質(zhì)地較軟而逼近按液體傳遞壓力的墊，如橡膠墊，有體積不可壓縮性和不可恢復(fù)的壓縮變形，宜選自密封結(jié)構(gòu)以利用固定變形加強密封；對于體積可壓縮的柔性石墨，宜選非自密封結(jié)構(gòu)以預(yù)先適當(dāng)均衡消除材料體的各向泄漏間隙；對于直線泄漏型自密封結(jié)構(gòu)，如圖12b所示，宜選矩形截面墊，對于曲線泄漏型自密封結(jié)構(gòu)，如圖llb所示，宜選O形截面墊，以提高密封結(jié)構(gòu)的密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m值(參見前面圖3結(jié)構(gòu)說明)。
前面所述的有附加組合密封槽墊的微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)中的附加槽墊密封結(jié)構(gòu)，可以是圖lla的非自密封型，也可以是圖llb的自密封型；前面所述的有附加整體密封槽墊的微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)中的附加槽墊密封結(jié)構(gòu)，可以是圖12a的非自密封型，也可以是圖12b的自密封型。
權(quán)利要求
1一種微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)，其特征是兩個對接表面之一面是一個至少有一個微觀鋸齒環(huán)的有齒表面，之二面是一個光滑表面；所述鋸齒環(huán)的齒頂為刃，刃尖角或齒頂角約為90°～120°，齒高Zt約為10～20倍密封表面粗糙度Ra值，齒距Xs/齒高Zt約為20～500(對應(yīng)輪廓元較寬的表面粗糙度和輪廓元較窄的表面波紋度的輪廓元寬度Xs/高度Zt)，確保對接接觸為“微觀線后跟面中線接觸”。
2 —種有附加密封墊槽和墊的微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)，其特征是兩個對接表面之一面是一 個至少有一個微觀鋸齒環(huán)的有齒表面，之二面是一個光滑表面，所述附加密封墊槽可全在所 述有齒表面上，也可全在所述光滑表面上，還可部分在一面上、對應(yīng)部分在另面上，位在所 述鋸齒環(huán)內(nèi)側(cè)或外側(cè)或之間，用于容裝密封墊，所述鋸齒環(huán)如權(quán)利要求l所述。
3 —種有附加組合密封墊槽和墊的微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)，其特征是兩個對接端之一端^ 一個中部凸起的端面，之二端是一個中部凹陷的端面；對接合攏時，至少形成一對通過微觀 鋸齒環(huán)實現(xiàn)密封對接的對接表面(一面有微觀鋸齒環(huán)一面是光滑面)和一個組合密封墊槽，所 述鋸齒環(huán)可在所述墊槽內(nèi)側(cè)也可在所述墊槽外側(cè)；所述墊槽用于容裝密封墊，所述鋸齒環(huán)如 權(quán)利要求l所述。
4 一種用微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)對接密封的廣義法蘭，其特征是兩個所述法蘭通過螺紋或螺栓實現(xiàn) 緊固對接，通過微觀鋸齒環(huán)或通過有附加密封墊槽和墊的微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)密封對接；即兩個 對接的所述法蘭端可有也可無附加密封墊槽和墊，但之一端至少有一個有微觀鋸齒環(huán)的有齒 平面，之二端至少有一個與所述有齒平面嚙合的光滑平面，所述螺紋或所述螺栓緊固對接結(jié) 構(gòu)可在密封對接結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)或外側(cè)；所述鋸齒環(huán)如權(quán)利要求l所述，所述有附加密封墊槽和墊 的微觀鋸齒環(huán)結(jié)構(gòu)分別如權(quán)利要求2或3所述。
5 —種用微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)關(guān)閉密封的平板閘閥，有一個矩形截面閘板橫插在構(gòu)成流體通道的 兩個閘板座環(huán)間，閘板座環(huán)與閥體是密封對接的或密封鑲嵌的或 一體的，閘板受閥桿操縱地 在其座環(huán)間上下滑動，當(dāng)閘板滑動到與其座環(huán)完全密封對接地阻斷流體通道時為全閉，其特 征是所述閘板通過其兩個平行對接平面與其座環(huán)密封對接，在所述座環(huán)的對接面上至少有- -個與流體通道同心的微觀鋸齒環(huán)，所述閘板的對接面是連續(xù)平面或環(huán)形凸面，所述鋸齒環(huán)如 權(quán)利要求l所述。
6 —種用微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)關(guān)閉密封的楔板閘閥，有一個楔形閘板橫楔在構(gòu)成流體通道的兩個 閘板座環(huán)間，閘板座環(huán)與閥體是密封對接的或密封鑲嵌的或一體的，閘板受閥桿操縱地在其 座環(huán)間楔進(jìn)楔出，當(dāng)閘板楔進(jìn)到與其座環(huán)完全密封對接地阻斷流體通道時為全閉，其特征晃 所述閘板通過其兩個錐或楔對接平面與其座環(huán)密封對接，在所述座環(huán)的對接面上至少有一個 環(huán)繞流體通道的微觀鋸齒環(huán)，所述閘板的對接面是連續(xù)平面或環(huán)形凸面，所述鋸齒環(huán)如權(quán)利 要求1所述。
7 —種用微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)關(guān)閉密封的球閥，有一個中間有個通孔的開關(guān)球橫坐在構(gòu)成流體通 道的兩個座環(huán)間，座環(huán)與閥體是密封滑動配合或是密封緊配合，開關(guān)球受閥桿操縱地在其座 環(huán)間轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)動到其通孔與閥體流體通道軸線重合時為全開，與閥體流體通道軸線垂直時 為全閉，其特征是所述開關(guān)球通過其球面與其座環(huán)密封對接，所述座環(huán)的對接面是一個用凹 切圓錐面凹切有兩個鋸齒環(huán)的圓錐面(可叫被凹切圓錐面)，所述凹切圓錐面與所述被凹切圓 錐面平行、并相對所述開關(guān)球心對稱、并差Zt才與通過所述鋸齒環(huán)頂?shù)拈_關(guān)球面相切，即相 對開關(guān)球面所述鋸齒環(huán)高Zt;所述鋸齒環(huán)的齒頂為刃，刃尖角或齒頂角約為90°~120°,所 述齒高Zt約為10 20倍密封表面粗糙度Ra值，確保變形密封刃接觸后面緊跟一個受力球面 接觸，保護(hù)密封接觸面中始終有線接觸。
全文摘要
一種微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)，鋸齒環(huán)的齒頂為刃，刃尖角或齒頂角約為90°～120°，齒高Z_t約為10～20倍密封表面粗糙度R_a值，齒距X_s/齒高Z_t約為20～500，可確保對接接觸為“微觀線后跟面中線接觸”，既能輕易提供密封所必需的應(yīng)力，又能有效保護(hù)接觸線不受損壞，可用作各種表面(如平面與平面、錐面與錐面或球面、球面與球面或錐面等)對接的密封結(jié)構(gòu)，簡化和統(tǒng)一繁瑣的平面對接密封墊的設(shè)計計算、制造、選用和安裝維修，避免傳統(tǒng)有形對接表面的研磨加工工序，提高密封對接的可靠性和資源利用率。如果適當(dāng)配予槽墊密封結(jié)構(gòu)，則可進(jìn)一步增加結(jié)構(gòu)的可靠性感和可靠性?？晒┻x擇的基本槽墊密封結(jié)構(gòu)，有4種。
文檔編號F16L23/16GK101555966SQ200810189909
公開日2009年10月14日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者徐長祥 申請人:浙江華夏閥門有限公司;徐長祥