前一篇文章分析了引起阀门填料函出现外漏的原因，在不改变现场开关球阀填料函结构和阀杆的前提下，结合现场维修经验，对填料结构进行调整。现场该类问题阀门均采用 PTFE 填料，摩擦系数小，对各种化学介质、酸、碱等流体都有很好的密封性和适用性。按照填料密封时的压力分布理论得知：填料压盖在施加给填料预紧力的过程中，真正起到密封力的只有上面的1～2层填料，因为第一层填料在受到压盖的预紧力后产生轴向变形，填料在预紧力作用下再发生径向变形，填料与阀杆及与填料函内壁发生挤压而变形，填料与阀杆及填料函内壁形成密封，预紧力在填料密封过程中逐层消耗不断地减小，下面的填料受力越少，变形越小，同时密封性也就越差。阀门填料的压力分布如图2所示^[5]。

　　真正起到密封的，只有填料函上部的1～3层填料^[6]。尤其是 PTFE 软填料密封，进入密封间隙的介质压力根据介质种类和压力大小的不同，呈现抛物线或对数曲线规律分布，介质压力大处，填料的径向压力小，为了使底层填料的密封比压等于或超过介质压力而提升密封性，目前可以通过增加填料压盖的压紧力或针对填料做出结构调整，使其径向密封力提升^[7]。现场采用填料结构调整措施，将原有的 V 型填料底部修改为 U型填料后，在填料压盖的预紧力作用下，进一步释放了填料的变形能力，提高填料的径向密封压力。改进前后的填料型式对比如图3所示。

　　根据填料密封时的压力分布理论和 U 型填料的性能测试，得出填料的径向压力，即主密封压力[8]计算如式(1)～式(2)所示：

　　式中：pr———填料径向压力，MPa;p0———填料压盖处压力，MPa;d1———阀杆直径，m;d0———填料函孔径，m;S———填料函深度，m;μ1———填料与阀杆间的动摩擦系数，取值为0.04[8];μ2———填料与压盖间的静摩擦系数，取值为1;pi———介质的压力，MPa;K———填料的柔软性系数，取值为0.6[8]; μUC———填料与轴表面，填料与填料腔内壁的摩擦系数，取值为0.04;h———填料的厚度，外径-内径后的尺寸，m，取值为0.006m。

　　由(2)式可知，压盖的预紧力与介质的压力成正比，同时，当K 值越小，接触宽度越大，以及h 很小时，压盖的预紧力就越大。以实际工况参数为例，介质表压压力为0.7MPa，阀杆直径为32mm，填料函孔径为39mm，代入式(1)和式(2)计算，得到填料与阀杆及填料函的径向密封力为p0 =1.0148Mpa，p1 =7.888MPa。

　　经过填料密封力的核算，填料的径向密封力远大于介质的内压力，而且径向密封压力远小于PTFE无滑动摩擦的许用比压17.5MPa和有滑动摩擦的许用比压8.75 MPa^[9]，更小于阀体材料WCB的屈服强度250MPa^[10]，按照上述分析和计算的结果，将出现外漏问题的开关球阀填料做结构调整，全部更换为 U 型结构的PTFE填料。

　　考虑到开关球阀在使用过程中由于填料磨损或应力松弛等因素，容易造成填料密封比压的下降，引起填料函处介质的外漏，因此在填料压盖下方增加了碟形弹簧的预紧措施^[11]，既保证了填料足够的预紧力，又有效地增加了密封比压，降低了现场仪表人员对填料位置的维护量，确保填料函密封可靠。碟簧安装如图4所示。采用 U 型填料后，经过一年多的安全运行，后续再没有出现填料函外漏的问题，该方案的实施有效解决了开关球阀介质外漏的问题，满足了实际工况的需求。

　　参考文献：

　　[5] 吴国熙.调节阀使用与维修[M].北 京：化学工业出版社，1999：47 49.

　　[6] 马健.阀门填料的密封机理和检修过程控制[J].阀门，2005(04)：33 35.

　　[7] 杜兆年，赵兴燕，陈明义.阀杆填料密封性能分析及结构调整[J].阀门，1996(04)：9 12.

　　[8] 徐灏.密封[M].北京：冶金工业出版社，2005：94 100.

　　[9] 陆培文.实用阀门设计手册[M].北京：机械工业出版社，2012：770.

　　[10] ASTM.Standardspecificationforsteelcastings，carbon，suitableforfusion welding，forhigh-temperatureservice：A216/A216M—2007[S].USA：ASTM，2007.

　　[11] 万胜军，王行红.阀杆填料密封结构的分析与研究[J].阀门，2002(06)：12 14.

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