高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法与流程

本发明属于高压自锁阀阀芯塑料密封可靠性评估，涉及高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法。

背景技术：

1、高压自锁阀的密封结构是通过阀芯氟塑料在压力作用下产生一定程度的弹塑性变形与金属阀座形成的内密封副，由于阀芯材料的弹塑性变形既是密封必要条件同时又是造成失效的原因之一，阀芯氟塑料的蠕变和松弛行为对产品密封效果起到决定性作用。

2、在目前的阀门装配过程中，阀芯密封材料压缩量均是按照工程经验值靠反复的试验磨合来调节，没有考虑到材料硬度、蠕变、松弛等因素的影响，导致产品需要通过多次反复拆装测量来达到压缩量要求。同时，由于自锁阀密封面结构的特殊性(特别是金属阀座阀口是上部楔形端部弧形的管状)，再加上阀芯非密封面连接弹簧装置，导致采用标准方法标准样件测试无法精准反映阀芯材料设计允许的形变范围，且仅通过计算无法准确获知工作应力(一般为气压或液压)状态下的阀芯密封面载荷。目前，主要通过检漏试验利用内漏率指标来间接表征高压自锁阀阀门密封性。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，解决了目前高压自锁阀阀芯密封性能难以直接量化检测的难题，实现装配工艺参数(压缩量预设值)的精准设计和阀芯变形量的精准可控，进而提升高压自锁阀密封性的工艺精准控制水平。

2、本发明解决技术的方案是：

3、高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，包括：

4、制作高压自锁阀；

5、制作压缩测试工装；

6、测试获得高压自锁阀在工作压力上限值σmax工作后的阀芯压痕形貌，根据压痕形貌获取阀芯的设计受压力值上限以及压缩蠕变试验的加载力值参数fmax；

7、将阀芯从高压自锁阀拆下，并将阀芯放置在压缩测试工装中，通过对阀芯进行压缩蠕变试验，获取高压自锁阀装配预设值lε0；

8、利用压缩测试工装，通过对阀芯进行压缩应力-应变试验，获得阀芯压缩应力松弛试验的形变量参数δl0；

9、利用压缩测试工装，通过对阀芯进行压缩应力松弛试验预估阀芯的密封失效临界点tmax；

10、完成阀芯的检测。

11、在上述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，高压自锁阀具体结构为：

12、高压自锁阀包括阀芯壳体、阀杆、弹簧、弹簧座、阀芯和金属阀座；阀芯壳体为轴向竖直放置的筒状结构；阀杆固定安装在阀芯壳体内腔的底部；弹簧座设置在阀芯壳体内腔中，且位于阀杆的上方；弹簧设置在阀杆与弹簧座之间；阀芯设置在阀芯壳体内腔中，且位于弹簧座的顶部；阀芯壳体的轴向顶端开设有阀口；金属阀座设置在阀芯壳体上方；金属阀座的底部竖直向下设置有突起，突起部分通过阀口向下伸入阀芯壳体中，与阀芯接触。

13、在上述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，所述阀芯为圆柱体结构，采用氟塑料材料。

14、在上述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，所述压缩测试工装包括上夹具和下夹具；下夹具为柱状结构，且下夹具的上表面中心处设置有与阀芯形状对应的柱状凹槽；所述上夹具为柱状结构，且上夹具下表面中心设置有突起。

15、在上述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，所述上夹具与金属阀座采用相同材质；上夹具下表面的突起为管状结构，作为压缩试验的施压接触型面；突起的高度大于阀口高度；所述下夹具的柱状凹槽用于放置阀芯；柱状凹槽的内径与阀芯直径相同；柱状凹槽的高度高于阀芯的厚度；压缩测试工装用于模拟高压自锁阀压力密封时金属阀座阀与氟塑料阀芯之间的实际压缩状态。

16、在上述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，阀芯的设计受压力值上限以及压缩蠕变试验的加载力值参数fmax的获取方法为：

17、通过显微镜观察阀芯在工作压力上限值σmax时的压痕形貌；根据压痕形貌模拟计算压入时的接触面积s，进而获取阀芯的设计受压力值上限，同时作为压缩蠕变试验的加载力值参数fmax。

18、在上述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，获取高压自锁阀装配预设值lε0的方法为：

19、在加载力值参数fmax下进行压缩蠕变试验，试验速度设置为1mm/min，在压缩蠕变曲线上获取从减速蠕变阶段进入恒速蠕变阶段的转变点对应的蠕变应变εt，换算为压缩位移δlεt即为推荐的阀口压缩量，作为高压自锁阀装配预设值lε0。

20、在上述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，获取从减速蠕变阶段进入恒速蠕变阶段的转变点对应的蠕变应变εt的方法为：

21、对蠕变应变-时间曲线求导，导数函数曲线最低值对应的蠕变应变即为从减速蠕变阶段进入恒速蠕变阶段的转变点εt。

22、在上述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，获得阀芯压缩应力松弛试验的形变量参数δl0的方法为：

23、预加载设置为1n，压缩应力-应变试验速度设置为1mm/min，利用压缩应力值为阀芯在设计受压力值上限fmax时所对应的压缩应变εmax，进而获取压缩位移δl0，作为阀芯压缩应力松弛试验的形变量参数δl0。

24、在上述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，阀芯的密封失效临界点tmax的预估方法为：

25、在形变量参数δl0下进行压缩应力松弛试验，压缩试验速度设置为1mm/min，在压缩应力松弛曲线上读取应力下降至阀芯的设计受压力值上限fmax时所对应的时间，即为阀芯的密封失效临界点tmax。

26、本发明与现有技术相比的有益效果是：

27、(1)本发明创造性的提出一种高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能的测试工装及量化检测方法，针对高压自锁阀内密封副的结构特点，通过设计模拟实际产品密封副界面的测试工装实现对阀芯氟塑料的模拟工况压缩试验，通过引入中间变量压痕面积进行工作压力和阀芯氟塑料密封面实际受力之间的换算，得到了高压自锁阀阀门装配预设值和阀芯氟塑料密封失效临界点的量化值；

28、(2)本发明限定了对高压自锁阀阀芯氟塑料进行压缩蠕变试验和压缩应力松弛试验的方法，有利于提高检测的准确性和全面性；

29、(3)本发明可实现高压自锁阀阀门装配压缩量预设值的估算，可为装配工艺参数的精准设计提供技术手段；

30、(4)本发明可实现高压自锁阀阀芯氟塑料密封失效临界点的预估，可为阀芯变形量的精准控制提供技术手段；

31、(5)本发明所述分析方法为高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能的技术指标构建提供了途径；

32、(6)本发明通过采用与高压自锁阀金属阀座同质的特殊测试工装，以及通过工装对阀芯氟塑料试样的限位，能够排除工装材料硬度、试样截面变化等因素对应力、应变的影响，能够适用于同类阀门内密封副结构的多种阀芯试样的检测，具有较高的灵活性和普适性，在高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能的量化检测技术和评估分析技术领域具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，其特征在于：高压自锁阀具体结构为：

3.根据权利要求2所述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，其特征在于：所述阀芯为圆柱体结构，采用氟塑料材料。

4.根据权利要求2所述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，其特征在于：所述压缩测试工装包括上夹具和下夹具；下夹具为柱状结构，且下夹具的上表面中心处设置有与阀芯形状对应的柱状凹槽；所述上夹具为柱状结构，且上夹具下表面中心设置有突起。

5.根据权利要求4所述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，其特征在于：所述上夹具与金属阀座采用相同材质；上夹具下表面的突起为管状结构，作为压缩试验的施压接触型面；突起的高度大于阀口高度；所述下夹具的柱状凹槽用于放置阀芯；柱状凹槽的内径与阀芯直径相同；柱状凹槽的高度高于阀芯的厚度；压缩测试工装用于模拟高压自锁阀压力密封时金属阀座阀与氟塑料阀芯之间的实际压缩状态。

6.根据权利要求5所述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，其特征在于：阀芯的设计受压力值上限以及压缩蠕变试验的加载力值参数fmax的获取方法为：

7.根据权利要求1所述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，其特征在于：获取高压自锁阀装配预设值lε0的方法为：

8.根据权利要求7所述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，其特征在于：获取从减速蠕变阶段进入恒速蠕变阶段的转变点对应的蠕变应变εt的方法为：

9.根据权利要求5所述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，其特征在于：获得阀芯压缩应力松弛试验的形变量参数δl0的方法为：

10.根据权利要求5所述的高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，其特征在于：阀芯的密封失效临界点tmax的预估方法为：

技术总结
本发明涉及高压自锁阀阀芯氟塑料密封性能量化检测方法，属于高压自锁阀阀芯塑料密封可靠性评估技术领域；制作高压自锁阀；制作压缩测试工装；根据压痕形貌获取阀芯的设计受压力值上限以及压缩蠕变试验的加载力值参数F<subgt;max</subgt;；获取高压自锁阀装配预设值L<subgt;ε0</subgt;；利用压缩测试工装，通过对阀芯进行压缩应力‑应变试验，获得阀芯压缩应力松弛试验的形变量参数ΔL<subgt;0</subgt;；利用压缩测试工装，通过对阀芯进行压缩应力松弛试验预估阀芯的密封失效临界点t<subgt;max</subgt;；完成阀芯的检测；本发明解决了目前高压自锁阀阀芯密封性能难以直接量化检测的难题，实现装配工艺参数(压缩量预设值)的精准设计和阀芯变形量的精准可控，进而提升高压自锁阀密封性的工艺精准控制水平。

技术研发人员：刘泊天,高鸿,李岩,于利夫,于翔天,张静静,何端鹏,汪洋,牛虎
受保护的技术使用者：中国空间技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15