调节阀填料密封的原理与实际应用李庆.docx

调节阀填料密封的原理与实际应用李庆

关键词：调节阀填料；密封原理；实际应用
1概述
调节阀作为管道系统中的一个重要组成部分，应保证安全可靠的执行管道系统对阀门提出的使用要求。密封填料是调节阀阀杆动密封的主要密封部件，用来填充填料箱空间，以防介质经由阀杆和填料箱空间泄露。填料密封是调节阀产品的关键部位之一。要想达到良好的密封效果，一方面是填料自身的材质，结构要适应介质工况的需要；另一方面是密封填料要有良好的弹性及光洁度，具备了以上两点要求，填料才能有良好的密封性能。
调节阀在常温介质中一般都选用四氟材料，来加工密封填料。公司有一批调节阀是常温介质，使用四氟材质的密封填料在使用中出现了填料函处介质外漏现象，给用户现场造成了很多麻烦。为了解决现场介质外漏问题及为了使密封填料获得更好的密封性能，结合现场出现阀杆处介质外漏问题，进行了密封填料结构的改进，有效地解决了现场介质外漏问题，为公司挽回了信誉，同时也得到了用户的好评。
2分析
2.1密封填料的作用阀门的密封分为两种，即外部密封和内部密封，对于控制阀的外部密封，即填料密封，结合相关资料及现场的使用反馈，对其结构进行分析，从而进行结构改进来满足调节阀现场使用性能。
调节阀部分由阀门的内件和阀体组成，阀的内件包括阀芯、阀杆、填料函和上阀盖等，其中填料函部件用于对阀杆的密封，是用弹性方法防止工艺介质通过往复式运动而在阀杆表面产生泄漏，它是阀体不可分割的一部门。阀门的阀杆密封几乎都是利用填料函来实现的。
2.2常用四氟填料结构介绍四氟密封填料在阀门的使用中是非常重要的动密封组件，常见的结构有以下几种结构形式：
四氟盘根组合填料结构：此种结构的密封填料，在使用中经常出现阀杆摩擦力大，阀杆出现爬行现象，从而影响阀门的调节性能，进而对阀门的使用性能产生不良影响。
V型组合填料结构：此种结构的填料由于是由四氟棒料车削而成，零件的光洁度相对于四氟盘根填料来说有所提高，其对阀杆产生的摩擦也小，因此对阀杆的爬行现象有所改善。但由于是车削加工，由于四氟材料受温度的影响比较大，所以车削过程中产生的热对零件的尺寸公差产生影响，从而使得零件的尺寸不稳定进而影响V型组合填料在使用中的密封性能，阀门在现场使用中经常会出现介质外漏现场，给用户造成很不好的影响。
2.3密封填料理论计算分析密封填料按其结构和作用分为5个部分：填料压板、填料压盖、V型填料、垫片和弹簧。填料内唇边内径小于阀杆外径，外唇边外径大于填料腔内径，当填料和阀杆一起装入填料腔后便有一定变形，当在内压的作用下唇尖向阀杆和填料腔壁挤压，形成较高的接触压力，这样介质便难以通过，即使通过了第一道填料层，内压损失也会很大，通过第二、三个填料层时，内压已经损失殆尽，这就是填料的密封作用。
3改进
针对以上对密封填料结构介绍分析及理论计算公式为依据，为了使填料获得更稳定的使用性能及密封性能，对现有填料函密封结构、填料结构及填料成型工艺进行了以下改进。
3.1填料函结构改进结合现场的实际工况及理论计算分析，将填料函结构形式有原来的压入式填料函结构改为旋入式填料函结构。改进后的填料函结构使得填料所承受的压紧力均匀，不会因为填料局部受力过大而产生的变形，从而造成阀杆摩擦力大而产生的爬行现象或填料拉伤而产生的介质外漏现象。同时压盖上的防尘圈可以有效地防止外界的灰尘或杂质进入填料函，破坏填料与阀杆间的密封面，从而造成的介质外漏。压盖密封套合理的长度设计，保证填料函始终清洁，使得密封性能更加稳定。
3.2填料结构的改进普通的V形四氟填料开口角度为90°，在使用中出现了现场介质外漏的现象，为了保证密封填料在不断变化的工况下具有更好的密封性能，在V形填料的下端V字口处增设U形槽，并将V形开口角由原来的90°改为79°。经过工厂实验及现场实际使用验证，改进结构后的填料弹性更好，更有利于密封。
3.3零件成型工艺的改进为了使填料取得更加稳定、可靠的密封性能，结合四氟材料自身的性能，针对密封填料零件的成型工艺进行了改进，由原来的四氟棒料车削成型改进为聚四氟乙烯粉模压―烧结―成品零件，此种成型工艺使得零件的尺寸稳定、光洁度也得到了提高，更有利于填料的密封。
4在实际中减少填料泄漏的方法
4.1填料结构的改进
大多数阀杆填料泄漏的解决办法是调整填料压盖。由于传统的填料是压实的并且随着时间而磨损，而且没有足够的弹性来补偿，因此，必须调整调料压盖。
采用弹簧加载来补偿填料的应力松弛可使阀杆密封更加持久。如果没有弹簧加载，随着填料在使用过程中被压实，作用在填料上的压缩载荷迅速降低，这是因为在填料掩盖螺栓中贮存的应变能很小。采用弹簧加载后，储存在弹簧中的总应变能可达到前者的20-25倍。因而，随着填料在实用过程中被压实，弹簧卸载。所以，采用了弹簧加载后可省去火减少对填料压盖的调整。
4.2填料种类选择
柔性石墨填料
由于石墨材料使用温度范围广、耐强酸、强碱腐蚀，具有回弹系数高，自润滑性，摩擦系数小，对阀杆的磨损少，而且石墨填料易切割、易安装、易拆卸，因此，柔性石墨填料适用范围广。它的缺点是强度较低，易破碎。
膨胀聚四氟乙烯填料
具有化学稳定性好。摩擦系数低，耐老化等优点，扩大了温度适用范围，提高了机械强度，并且有多孔性、透气性和极高的韧性、填装方便，对已经磨损的阀杆也能达到良好的密封。
5结束语
密封填料改进后，填料的弹性更好，填料的光洁度得到了有效的提高，填料的尺寸得到了保证，进一步提高了填料的密封性能。通过工厂及现场验证，改进后的密封填料的密封性能得到了有效的提高，为用户解决了现场危险隐患，同时也为公司挽回了一定的经济损失，给今后的阀门设计、制造以及产品具有稳定的使用性能奠定了基础。
Reference：
[1]沈阳阀门研究所.阀门设计[M].沈阳阀门研究所，1976.
[2]杨源泉.阀门设计手册[M].机械工业出版社，1992.
[3]吴国熙.调节阀使用于维修[M].化学工业出版社，1999

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