聚氨酯澆注機電磁截止閥的設計與研究

截止閥 吳 超 遼寧石油化工大學

  針對聚氨酯澆注機電磁截止閥存在的問題,提出新的結構設計方案,并對其密封性進行研究。分別以不銹鋼球與黃銅、不銹鋼球與聚四氟乙烯構成的密封面進行試驗,研究密封寬度和密封面的粗糙度對密封性能的影響,并通過實驗的方法求出保證密封所需的密封比壓力的最佳值。

  在聚氨酯注機中,電磁截止閥是一個非常重要的部件。真空技術網(http://www.bdfwqmh.cn/)認為 它的工作性能,密封性能,都直接影響到到澆注機的真空度及計量配比的精度。然而計量配比精度又直接影響澆注機所澆注的產品質量。計量截止閥歷經從單向閥、氣動閥再到電磁閥的發展過程。單向閥具有結構簡單、無運動密封要求、體積小、裝配靈活的特點;但其工作完全依靠彈簧的彈力,而彈簧的剛度卻不容易確定,若取較小剛度很難保證計量回程時快速關閉和關閉密封性(尤其是在工作一段時間后閥座已有磨損);若取較大剛度,雖然保證單向閥的可靠性,但增加了計量泵工作壓力,導致閥座和鋼球在物料中迅速磨損。稍后出現的氣動截止閥, 雖然克服了以上缺但其存在運動部件密封問題,其密封性相對較差,并且存在澆注料對密封圈的腐蝕及石英砂沉積等問題,急需進行改進。

1、電磁截止閥的結構設計

  針對現有截止閥存在的優缺點,以及在使用過程中常見的問題,我們對其進行了改進。在截止閥結構進行設計的過程中主要考慮以下幾點因素:(1)解決因彈簧剛度而引起性能差的問題。(2)采用電磁結構,且提高電磁結構散熱性,防止線圈過熱燒壞。(3)解決截止閥密封性能差的問題。通過對以上幾點因素的分析,以及對不同方案進行比較和實驗后,選擇了如圖1 所示的結構設計。

電磁截止閥的結構圖

圖1 電磁截止閥的結構圖

2、電磁截止閥密封性的研究

  2.1、實驗裝置

  密封性能的研究是研究截止量閥的主要任務之一,即可靠的、耐久的密封。因為截止閥的主要失效形式就是密封的損壞,其可以引起整個系統出現故障,影響產品的質量,因此,對密封性能研究是至關重要的。

  電磁截止閥閥口通常采用接觸式密封,要具有良好的密封效果,密封面必須存在足夠大的密封比壓力,所需密封比壓力與密封材料、寬度、表面粗糙度及介質壓力有關。本文通過如圖2 所示的實驗裝置對密封性能展開研究。通過減壓閥和壓力表調節澆注物料的物料的壓力,密封面的壓力由砝碼、推桿及球形閥的重量確定,量杯用于測試截止時的泄漏量。

電磁截止閥靜密封實驗裝置

圖2 電磁截止閥靜密封實驗裝置

  2.2、密封材料與密封面泄漏量的關系

  由于澆注的物料一般具有腐蝕性,因此本文對不銹鋼鋼球與黃銅及聚四氟乙烯配對構成的常見耐腐蝕密封面進行測試。不同密封比壓力下,分別測試鋼球--黃銅、鋼球--聚四氟乙烯密封面的泄漏量ΔV,單位密封長度泄漏流量qL=(ΔV/2)πrt,式中r 為密封面的平均半徑,試驗結果如圖3 所示。

密封材料與密封面泄漏量的關系

圖3 密封材料與密封面泄漏量的關系

  通過圖3 可以得出,不同的密封材料在同一環境條件下泄漏量不同,其他因素不變,在同一密封比壓力下,通過鋼球--聚四氟乙密封面的泄漏流量比鋼球--黃銅密封面的泄漏量小,泄漏量隨著密封比壓力的不斷增大而逐漸減小,當無泄漏時即泄漏量為零,鋼球--聚四氟乙烯密封面的密封比壓力比鋼球--黃銅密封面小很多。

  2.3、密封寬度及接觸表面粗糙度與密封性的關系

  2.3.1、密封寬度與密封性的關系

  分別選用3 種不同密封寬度的的密封面進行試驗,以此研究密封寬度與密封性的關系,實驗結果如圖4 所示。

密封寬度與密封性的關系

圖4 密封寬度與密封性的關系

  結果表明,增加密封寬度,密封比壓力減小,在同樣工作環境條件下閥口密封面的密封壓力降低,有助于有利于電磁截止閥的開啟。隨著澆注物料壓力逐漸增大所需密封比壓力也開始增大,但增大幅度逐漸降低.

  2.3.2、密封接觸表面粗糙度與密封性的關系

  分別選用3 種表面粗糙度不同的鋼球進行試驗,實驗結果如圖5 所示。

接觸表面粗糙度對密封性的影響

接觸表面粗糙度對密封性的影響

圖5 接觸表面粗糙度對密封性的影響

  結果表明,不同的密封材料其表面粗糙度對密封性能的影響不同,但相對同一種材料而言,其表面粗糙度越高密封性能越差,表面粗糙度越低密封性能越好。

  2.4、截止時密封力最優值的確定

  電磁截止閥的密封力最優值是在保證截止閥在一定時間內無泄漏并能夠實現可靠密封的最小壓力。不同的密封材料,密封力最佳值也不一樣。我們利用以上裝置對聚四氟乙烯進行試驗來確定其封口壓力的最優值,澆注原料的工作壓力可以通過調節氣壓泵的壓力來實現,在規定時間內,觀察封口處物料泄漏情況,不斷調節密封壓力直至在規定時間內無泄漏。反復試驗,統計數據并根據截止閥上的祛碼,推桿和球形閥重量得出密封面的接觸壓力,從而得出密封力的最優值。密封比壓力最優值為

P 最優=(G/2)πbr

  式中:G —密封面的接觸壓力;b —密封面的徑向寬度;r —密封面的平均半徑。

  在實際生產中密封比壓力取1.2 倍的最佳值以保證密封的可靠性,但密封比壓力應小于密封材料的許用比壓力。

3、結束語

  通過對澆注機電磁截止閥的設計與研制,使截止閥的結構得到簡化,使截止閥的密封性能與可靠性都得到了很大的提高,基本上解決了截止閥在生產中常見的問題,從而提高了澆注機的整體性能,澆注產品的質量得到改善。為實際生產中電磁閥設計提供了理論依據。