閥門(mén)是現代工業(yè)中一種常見(jiàn)的機械產(chǎn)品。作為流體傳輸系統中的關(guān)鍵性控制部件，因其具有的截止、調節、穩壓、分流等功能，其主要應用于鍋爐、蒸汽管道、煉油、化工、火力以及冶金等領(lǐng)域?，F代工業(yè)對閥門(mén)密封的可靠性提出了越來(lái)越高的要求，密封性能是評定閥門(mén)產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要技術(shù)指標。
高溫閥門(mén)是指工作溫度高于250℃的閥門(mén)，高溫閥門(mén)的閥桿填料密封技術(shù)一直是多年來(lái)未解決的突出問(wèn)題，也是提高閥門(mén)可靠性的薄弱環(huán)節之一。常見(jiàn)的高溫閥門(mén)閥桿填料密封一般存在的密封不足或過(guò)度密封的情況，在長(cháng)時(shí)間運行中閥門(mén)閥桿處容易出現泄漏，易燃易爆、劇毒等危險物的泄漏不僅會(huì )造成裝置停工和經(jīng)濟損失，而且會(huì )引起環(huán)境污染，甚至人員傷亡事故，給裝置的運行帶來(lái)很大的風(fēng)險。
一、閥門(mén)填料密封的原理
閥門(mén)的密封性能是評定閥門(mén)質(zhì)量性能的一個(gè)重要指標?，F在大部分的調節閥或者通用閥門(mén)閥桿和填料密封為接觸式密封，因其結構簡(jiǎn)單、裝配及更換方便、成本低廉而被廣泛采用。
閥門(mén)中閥桿和填料處的泄漏又是常見(jiàn)的現象。填料之所以能起到密封的作用，其原理現在主要存在兩大密封觀(guān)點(diǎn)，分別是“軸承效應”和“迷宮效應”。
填料的“軸承效應”是指在盤(pán)根填料和閥桿之間，擠壓填料以及在外部的潤滑劑作用下，因為張力在閥桿的接觸面形成一層液膜，使填料和閥桿形成類(lèi)似于滑動(dòng)軸承的關(guān)系，這樣填料和閥桿就不會(huì )因為過(guò)度摩擦而出現磨損，同時(shí)因為液膜存在，填料和閥桿時(shí)刻處于密封狀態(tài)。
填料的“迷宮效應”則是指閥桿的表面平整程度無(wú)法達到微觀(guān)水平，填料和閥桿只能部分貼合而做不到*貼合，在填料和閥桿之間永遠存在著(zhù)極為微小的間隙，又因填料間的切口不對稱(chēng)裝配，這些間隙一起形成了迷宮帶，介質(zhì)在其中被多次節流、降壓，而達到密封的作用。
填料密封中的“迷宮效應”所指的閥桿的表面平整程度無(wú)法達到微觀(guān)水平，閥桿和填料間的微小間隙這是客觀(guān)存在的，無(wú)法消除，如果從這方面進(jìn)行填料密封設計，往往效果不是很理想，而這是造成多空間泄漏或動(dòng)力泄漏的基本條件。密封介質(zhì)通過(guò)填料和閥桿泄漏機理有很多形式：腐蝕間隙泄漏機制、多孔泄漏機制、動(dòng)力泄漏機制等。本文對于高溫工況下的閥門(mén)填料密封結構的改進(jìn)設計是基于上述多種泄漏機制，提出切實(shí)可行的改進(jìn)方案。
二、目前常見(jiàn)的填料類(lèi)型以及應用場(chǎng)合
1、聚四氟乙烯盤(pán)根
聚四氟乙烯盤(pán)根是以純聚四氟乙烯分散樹(shù)脂為原料，先制成生料薄膜，再經(jīng)過(guò)捻線(xiàn)，編強織成盤(pán)根.這種盤(pán)根無(wú)其它添加物，可廣泛用于食品、制藥、造紙化纖等有較高清潔度要求，和有強腐蝕性介質(zhì)的閥門(mén)、泵上。
適用范圍：使用溫度不超過(guò)260℃，使用壓力不大于20MPa，pH值：0-14。
2、膨脹石墨盤(pán)根
膨脹石墨盤(pán)根又稱(chēng)柔性石墨盤(pán)根采用柔性石墨線(xiàn)經(jīng)穿心編織而成。膨脹石墨盤(pán)根具有良好的自潤滑性及導熱性，摩擦系數小，通用性強，柔軟性好，強度高，對軸桿有保護作用等優(yōu)點(diǎn)。
適用范圍：使用溫度不超過(guò)600℃，使用壓力不大于20MPa，pH值：0-14。
3、增強型石墨盤(pán)根
增強型石墨盤(pán)根采用玻璃纖維、銅絲、不銹鋼絲、鎳絲，茵苛鎳合金絲等材料增強的純膨脹石墨線(xiàn)編織而成。具有膨脹石墨的各項特性，而且通用性強，柔軟性好，強度高。與一般的編織盤(pán)根組合，是解決高溫，高壓密封難題的有效的密封元件之一。
適用范圍：使用溫度不超過(guò)550℃，使用壓力不大于32MPa，pH值：0-14。
該盤(pán)根是膨脹石墨盤(pán)根的增強版，是非常不錯的密封材料。
以上列舉了常見(jiàn)的幾種填料盤(pán)根的類(lèi)型，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還會(huì )遇到針對特殊工況研發(fā)的其他種類(lèi)填料盤(pán)根。例如較好耐化學(xué)性的芳綸纖維盤(pán)根;適合高負荷旋轉軸的芳綸碳纖維混編制盤(pán)根等等，本文限于篇幅，就不一一詳細介紹。
三、常見(jiàn)閥門(mén)填料結構和選擇
常見(jiàn)的閥桿填料密封結構主要有壓板、壓蓋、隔套、填料等組成。為了達到良好的密封效果，一般要求填料具有組織致密，化學(xué)穩定性好，摩擦系數低等特點(diǎn)。一般在溫度低于200℃，填料常選用聚四氟乙烯盤(pán)根，其具有的高潤滑、不粘性、電絕緣性和良好的抗老化等特點(diǎn)，廣泛用于石油、化工、制藥等領(lǐng)域。
在200°到450°溫度工況下，石墨盤(pán)根因具有耐高溫、自潤滑、低摩擦系數等特點(diǎn)，被廣泛選用。石墨盤(pán)根根據用途已研制出各種分類(lèi)，在實(shí)際應用中，填料可根據實(shí)際工況條件選擇合適的石墨盤(pán)根類(lèi)型，例如250℃、低壓工況場(chǎng)合可選擇膨脹石墨盤(pán)根，中、高壓可選擇增強型石墨盤(pán)根或者兩者組合使用。
四、高溫閥門(mén)填料結構外漏分析
在高溫工況下，如選用石墨盤(pán)根密封結構，很容易出現外漏情況。經(jīng)分析原因如下：
石墨盤(pán)根裝入填料函內，通過(guò)填料壓蓋上緊固螺栓松緊來(lái)施加對填料的軸向壓力。由于填料具有一定程度的可塑性，受軸向壓力后產(chǎn)生徑向壓力和微變形，內孔與閥桿緊密貼合，但是這種貼合上下不是均勻的。通過(guò)填料壓力分布和填料密封力分布可知，填料函中上部填料和下部填料受介質(zhì)壓力是不均勻的。直接導致兩部分填料塑性變形不一致，容易出現填料與閥桿的局部密封過(guò)度或者密封不足，同時(shí)靠近壓蓋處受的徑向壓緊力有多大，所帶來(lái)的填料與閥桿的摩擦力也就有多大，在此處閥桿和填料容易出現磨損。
在高溫情況下，溫度越高，石墨盤(pán)根膨脹越大，摩擦力也隨之加大，高溫所帶來(lái)的散熱不及時(shí)，加速了閥桿和填料的磨損率，這也是高溫閥門(mén)填料容易出現外漏的主要原因。
五、高溫閥門(mén)填料結構的改進(jìn)設計
高溫工況下的閥門(mén)填料特容易出現外漏的情況，高溫填料一般選擇膨脹石墨盤(pán)根為主。膨脹石墨填料的自潤滑性和膨脹性好、回彈系數高，但缺點(diǎn)是易碎、抗剪切力差，一般安裝在填料函的中間部分，防止膨脹石墨填料受到填料壓蓋和底部壓墊的擠壓而損壞;增強型石墨盤(pán)根因含有鎳絲等，結實(shí)抗擠壓，故可以安裝在頂部和底部。
雖然利用膨脹石墨和增強型石墨盤(pán)組合解決部分高溫下填料外漏的情況。但是對于閥門(mén)動(dòng)作比較頻繁的工況，石墨盤(pán)根磨損率比較高，使用一段時(shí)間后需要人工緊填料函上的緊固螺栓，對于人工和排查都帶來(lái)了比較大的問(wèn)題?；谏鲜鰡?wèn)題的考慮，我司結合國內外文獻以及經(jīng)驗的積累近年來(lái)研制一種補償性的閥門(mén)填料結構，特別針對高溫低壓、以及高溫高壓的不同工況，針對性的開(kāi)發(fā)不同的高溫填料結構，一舉解決了閥門(mén)在高溫工況下容易外漏的情況。
高溫低壓型，采用特制補償性圈形彈簧和組合式石墨盤(pán)根相結合。
工況壓力不高故取消填料隔套，填料函底部加入特制補償性圈形彈簧，安裝時(shí)需緊固螺栓預加一定的預緊力。即使石墨填料和閥桿出現摩擦性磨損，圈形彈簧能即時(shí)作出相應的補償性調節，保證閥門(mén)發(fā)生外漏情況。
高溫高壓型，這是一種先進(jìn)的填料系統，采用碟形彈簧和圈形彈簧外置雙補償結構，能夠避免溫度過(guò)高使彈簧失效的優(yōu)點(diǎn)，尤其在高溫、高壓這種工況下，某處補償點(diǎn)失效，另一組補償依然有效，兩者不干涉，單獨補償但同時(shí)對填料起作用。碟形彈簧的封閉性也有利于在惡劣戶(hù)外條件下使用，兩處補償點(diǎn)的外置結構也有利于更換，無(wú)需拆卸整個(gè)填料函，大大提高了效率以及方便操作。經(jīng)過(guò)長(cháng)期用戶(hù)跟蹤，此類(lèi)型填料結構對于高溫、高壓下的閥桿密封防止防止外漏效果明顯，使用壽命長(cháng)。
