閥桿填料密封系統(tǒng)性能分析與試驗研究進(jìn)展

陳鳳官，明 友，錢俊峰，余宏兵，耿圣陶，葉曉節(jié)，王 渭

（1.合肥通用機(jī)械研究院有限公司，合肥 230031；2.中國石油長慶油田長北作業(yè)分公司，陜西榆林 719000）

0 引言

閥門的閥桿密封作為一種軸用動密封結(jié)構(gòu)，是閥門外漏的主要環(huán)節(jié)之一。對控制閥而言，因閥桿密封所附加的負(fù)載力/扭矩特性，將直接影響控制閥的控制特性及驅(qū)動能源功耗。目前，閥門閥桿密封型式主要有填料密封、波紋管密封（僅適用于直線運(yùn)動）及其它密封型式（如O型圈密封、唇封等），而填料密封無疑是應(yīng)用最為廣泛的閥桿密封型式。

火力發(fā)電、石油化工等流程工業(yè)裝置中，介質(zhì)大都具有高溫高壓、腐蝕、易燃易爆等特性，閥桿填料密封作為裝置中閥門外漏高危風(fēng)險之一，一旦發(fā)生泄漏，不僅會造成污染、人員傷亡、裝置停車等事故［1］，而且還會造成火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重事故［2］。有統(tǒng)計表明，在火力發(fā)電系統(tǒng)，閥桿密封泄漏約占閥門故障的35%［3］，是閥門故障的主要原因之一。若工藝工況條件更加苛刻時，如灰鎖閥［4］、脈沖調(diào)節(jié)閥［5］、超高壓調(diào)節(jié)閥［6］等，閥桿填料密封性能好壞更是制約裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。

針對閥桿填料密封這一陳舊的軸封型式，分析密封機(jī)理及其在不同工況下的失效機(jī)制，揭示不同影響因素對填料密封系統(tǒng)性能的作用規(guī)律，研發(fā)更高性能更高可靠性的密封結(jié)構(gòu)，延長其有效服役壽命，是業(yè)內(nèi)技術(shù)人員研究的重要方向。

1 填料密封系統(tǒng)性能分析

閥桿填料密封系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)型式如圖1所示，從填料函底部向上沿閥桿軸向依次分布著填料底墊、編織填料、柔性石墨環(huán)、編織填料、填料壓套、填料壓板，通過緊固填料壓板兩側(cè)的連接螺母，軸向壓縮填料組合，使其發(fā)生軸向+徑向變形，從而實現(xiàn)填料組合與填料函、填料組合與閥桿之間的兩兩密封。

圖1 閥桿填料密封系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of the typical structure of the stem packing seal system

1.1 主要失效形式

對閥門來說，尤其對控制閥而言，閥桿填料密封的主要故障失效模式集中表現(xiàn)為：（1）閥桿處泄漏率超標(biāo)；（2）閥桿動作時出現(xiàn)抖動、爬行、抱死（摩擦力/扭矩過大）等現(xiàn)象［7］。這2種主要的故障失效模式，對控制閥而言都是極其重要的，當(dāng)涉及到流程工業(yè)裝置中關(guān)鍵部位的控制閥時，將嚴(yán)重影響整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

流程工業(yè)裝置中存在著大量苛刻工況，閥桿填料密封失效案例頻發(fā)。通過對失效案例的分析總結(jié)，填料的失效原因也主要集中表現(xiàn)為：填料設(shè)計選型不匹配，未充分考慮介質(zhì)、工況及閥桿運(yùn)動特性等；填料裝配工藝及后期維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)［8］，缺乏相關(guān)技術(shù)規(guī)范的指導(dǎo)。

1.2 密封機(jī)理分析

閥桿填料密封是將填料放置于閥桿與填料函組成的空間內(nèi)，通過擠壓填料產(chǎn)生變形從而堵塞并阻止泄漏的一種密封形式。填料密封結(jié)構(gòu)簡單，常見結(jié)構(gòu)如圖1所示。密封原理從理論上講，就是填料對閥桿的壓力大于工質(zhì)壓力；從機(jī)理上講，主要是“軸承效應(yīng)”和“迷宮效應(yīng)”［9］。

軸承效應(yīng)，即是填料受到軸向擠壓產(chǎn)生徑向變形與閥桿緊密配合，且由于石墨等填料材質(zhì)具有可壓縮性和潤滑性，二者之間充滿潤滑劑，既可以相對轉(zhuǎn)動或滑動，也具有密封作用。

迷宮效應(yīng)，即是石墨等填料組合普遍為多層結(jié)構(gòu)，填料和閥桿只是部分貼合，部分留有間隙，再加上由于閥桿表面光潔度原因，這些貼合層與間隙層類似迷宮帶，對介質(zhì)流動有節(jié)流減壓作用，并進(jìn)一步可起到密封作用。

上述兩種效應(yīng)不能絕對獨(dú)立地存在于一種填料密封系統(tǒng)中，而是兩種同時并存。在具體的實踐中，往往有一種占主導(dǎo)地位，一種處于附屬地位，兩種聯(lián)合作用而達(dá)到密封效果［10］。

1.3 性能計算及模擬分析

填料設(shè)計計算是閥門設(shè)計的重要組成部分，包括填料函尺寸設(shè)計、填料壓緊力、填料摩擦力計算等。其中填料函尺寸已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)［11］，而填料壓緊力、填料摩擦力等性能參數(shù)計算尚未完全掌握。目前針對保證密封所必需的填料壓緊力有多種計算公式見表1。

表1 填料必須壓緊力計算公式Tab.1 Calculation formula of required packing compression force

填料函密封結(jié)構(gòu)受力分析示意如圖2所示。填料在填料壓套的擠壓作用下，軸向壓縮徑向膨脹，由此產(chǎn)生徑向力分別與填料函內(nèi)壁及閥桿外圓作用，從而阻擋了管線介質(zhì)的泄漏途徑。管線介質(zhì)泄漏壓力從介質(zhì)源頭起，在閥桿軸向沿程一般呈拋物線或?qū)?shù)曲線減弱［14］。

圖2 閥桿填料密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受力示意Fig.2 Schematic diagram of the structural force of the stem packing seal system

邱曉來［15］認(rèn)為，研究填料的徑向比壓以及軸向比壓分布規(guī)律等，應(yīng)考慮填料壓蓋預(yù)緊力與介質(zhì)壓力的復(fù)合作用影響，同時給出了填料密封失效的判據(jù)。此外，還給出了在填料壓蓋力與介質(zhì)壓力的共同作用下填料與閥桿之間摩擦力矩的數(shù)學(xué)關(guān)系式。

陳如木等［16］針對傳統(tǒng)填料徑向比壓分布不均勻問題，提出采用預(yù)壓縮過盈組合填料，過盈量沿閥桿軸向梯度分布，并通過模擬及對比分析認(rèn)為，過盈組合填料在徑向比壓分布等方面指標(biāo)更優(yōu)，但其存在工序復(fù)雜、裝配困難等問題。

一般來說，填料壓得越緊越容易密封，但其引起的填料與閥桿間的摩擦力或力矩也越大，會造成閥門啟閉困難，還可能加速填料密封性能失效。填料造成的摩擦力或力矩在閥門啟閉力或力矩中占相當(dāng)大的比例，所以，在密封有效的基礎(chǔ)上，減少填料的摩擦力或力矩對閥門的輕便操作及填料密封壽命的提高具有重要意義。表2中簡列了一些典型的填料摩擦力/力矩計算公式。從上述公式中可以看出，填料密封系統(tǒng)的性能主要取決于填料軸向壓縮產(chǎn)生的徑向接觸壓力。填料密封性能的特征參數(shù)是徑向應(yīng)力與軸向應(yīng)力的傳遞比，即側(cè)壓力系數(shù)，這是選擇填料密封的必要參數(shù)之一［17］。

表2 填料摩擦力/力矩計算公式Tab.2 Calculation formula of packing friction force/torque

DIANY M等［18］建立了基于填料粘彈性行為的分析模型，以評估填料與閥桿和殼體之間的接觸壓力及其隨時間的變化情況，并認(rèn)為填料的松弛性能是選擇填料密封的重要參數(shù)。

VASSE C［19］通過實驗與模擬耦合的方法，對壓縮填料行為進(jìn)行建模，計算閥門在打開和關(guān)閉階段填料與閥桿之間的摩擦力。

周杰等［20］考慮填料磨損多為黏著磨損，通過將填料徑向應(yīng)力帶入阿查德磨損率方程，得到密封填料磨損率與端蓋預(yù)緊力的關(guān)系，并通過實驗確定了填料磨損系數(shù)與硬度的平均比值。還建立了泄漏量與預(yù)緊應(yīng)力、泄漏量與磨損率的相互關(guān)系。

總的來說，現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)總結(jié)了不少失效案例，并對失效模式及失效原因進(jìn)行了分析，但是對密封機(jī)理尤其是不同工況下的失效機(jī)理研究不夠深入，尚未清晰地揭示出填料密封系統(tǒng)的失效機(jī)理；國內(nèi)外填料壓緊力、填料摩擦力等性能計算公式大體相近，部分經(jīng)驗參數(shù)的選擇缺乏足夠的試驗數(shù)據(jù)支撐，無法有效指導(dǎo)生產(chǎn)實踐；由于填料屬于典型的非線性彈性體，開展模擬分析研究難以獲得預(yù)期結(jié)果，國外學(xué)者也多是與實驗研究相結(jié)合的方式進(jìn)行填料的性能研究。所以還應(yīng)多側(cè)重于開展大量試驗研究，可為理論分析及數(shù)值模擬提供豐富翔實的數(shù)據(jù)資源。

2 填料密封系統(tǒng)性能評價

作為閥桿填料密封系統(tǒng)的核心密封部件，填料本身的性能指標(biāo)主要有：成型密度、壓縮率、回彈率、熱失重、摩擦系數(shù)等，這些性能指標(biāo)可以作為閥桿填料密封系統(tǒng)性能評價的部分基礎(chǔ)。在GB/T 29035，JB/T 6617，JB/T 7370 等中均有相應(yīng)的規(guī)定。

2.1 性能評價指標(biāo)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

從流程工業(yè)中的應(yīng)用場景來看，閥桿填料密封系統(tǒng)性能指標(biāo)可以歸總為：密封性能（閥門工作過程中能達(dá)到的密封等級水平）、摩擦力/力矩（填料密封系統(tǒng)對閥桿的摩擦力/力矩，尤其對控制閥而言，直接影響其控制的靈敏度）、工作壽命（即填料密封系統(tǒng)的有效工作時長/動作次數(shù)，也即耐久性）。

2.1.1 密封性能評價

通常來講，一般閥門對于其閥桿填料密封系統(tǒng)的密封性能要求為無可見滲漏，國外標(biāo)準(zhǔn)API598要求閥桿填料密封應(yīng)保證在公稱壓力下無可見滲漏，而國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4213則要求閥桿填料密封應(yīng)保證在1.1倍公稱壓力下無可見滲漏。對于危險和有毒污染物類介質(zhì)，則要求閥桿填料密封滿足逸散性要求。近年來，隨著各國環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，工業(yè)閥門也越來越多地提出逸散性要求。黃明亞等［21］基于 ISO 15848，API 624，API 622，GB/T 26481等國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對閥桿填料密封逸散性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，分析討論了標(biāo)準(zhǔn)對低泄漏值要求的變化情況，并提出我國應(yīng)加緊制定閥桿填料密封逸散性試驗的型式試驗標(biāo)準(zhǔn)。

而國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 7760《閥門填料密封 試驗規(guī)范》中對試驗中填料密封性能要求為“填料允許泄漏率≤5 mL/h。若有特殊要求，可另行商定。”這已無法適應(yīng)現(xiàn)行閥門生產(chǎn)實踐中對閥桿填料密封性能的基本要求，建議加緊完成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作。

在閥桿填料密封性能試驗的試驗壓力方面，不同的標(biāo)準(zhǔn)對填料密封性能試驗的壓力規(guī)定也不同。普通工業(yè)閥門一般在實踐中要求在殼體試驗的同時試驗填料的密封性能，即試驗壓力為公稱壓力1.5倍；而GB/T 4213中則對填料密封性能試驗壓力規(guī)定為公稱壓力的1.1倍。史道興［22］通過生產(chǎn)實踐總結(jié)認(rèn)為對公稱壓力較高的閥門，其殼體試驗應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行，避免閥桿填料密封直接承受1.5倍公稱壓力。

2.1.2 摩擦性能評價

填料和閥桿的摩擦力或力矩是一項很重要的性能評價指標(biāo)。一方面摩擦力或力矩會對填料本身造成磨損，影響閥桿填料密封系統(tǒng)的密封性能；另一方面還會影響閥門的正常啟閉，甚至出現(xiàn)閥桿卡澀、抱死現(xiàn)象［7］。特別對于控制閥而言，摩擦力或力矩過大會嚴(yán)重影響閥門的調(diào)節(jié)靈敏度。

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)JB/T6617《柔性石墨填料環(huán) 技術(shù)條件》對柔性石墨填料環(huán)的摩擦系數(shù)提出了具體要求。而對于填料密封組合的摩擦系數(shù)以及整個閥桿填料密封系統(tǒng)的摩擦力或力矩指標(biāo)評價，目前暫無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2.1.3 工作壽命評價

閥桿填料密封系統(tǒng)的工作壽命，一般也可稱為耐久性，是終端用戶較為關(guān)注的性能指標(biāo)。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 7760《閥門填料密封 試驗規(guī)范》中規(guī)定“泄漏率第一次超過規(guī)定值時的閥桿開啟次數(shù)為填料一次壓緊試驗壽命；泄漏率第二次超過規(guī)定值時的閥桿開啟次數(shù)為填料二次壓緊試驗壽命。以此類推。填料試驗壽命為填料密封失效前各次壓緊試驗壽命總和”，但標(biāo)準(zhǔn)中未約定填料的最多允許壓緊次數(shù)，也未約定當(dāng)N次壓緊后閥桿開啟不足M次即發(fā)生泄漏的試驗終止判據(jù)。

由于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26481未對閥桿填料密封的耐久性規(guī)定具體要求，黃明亞等［21］主要討論了ISO 15848，API 624等國外標(biāo)準(zhǔn)對耐久性等級評定要求的區(qū)別情況。而國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4213等標(biāo)準(zhǔn)則要求閥門整機(jī)在約定的動作壽命試驗規(guī)定次數(shù)之后，還應(yīng)進(jìn)行填料及其它連接處的密封性試驗，也相當(dāng)于對閥桿填料密封系統(tǒng)的工作壽命指標(biāo)評價間接地提出了要求。

2.2 性能影響因素

一般來說，對于閥桿填料密封系統(tǒng)的性能評價，要求在滿足密封性能的基礎(chǔ)上，填料和閥桿之間的摩擦力或力矩要求越小越好，工作壽命越長越好。但是摩擦性能與密封性能、工作壽命是緊密相關(guān)的，雖分開分別討論，但相互之間又是相互關(guān)聯(lián)的。要獲得較低的驅(qū)動力（摩擦力或力矩?。┖土己玫拿芊庑砸约案L期的工作壽命，需要采取綜合性平衡的方法［23］，需要詳細(xì)分析各項性能指標(biāo)的影響因素。

張元華［10］、吳?。?4］等分別指出影響填料密封性能的因素應(yīng)包括：結(jié)構(gòu)型式、填料材質(zhì)、安裝方法、填料壓緊力、填料高度等。王保慶［25］通過對填料受力分析，討論了影響填料密封力的幾個重要因素，如閥桿及填料函內(nèi)壁的光潔度、填料規(guī)格與閥桿直徑、填料側(cè)壓力系數(shù)。

孔建等［26］分別從泵閥產(chǎn)品角度出發(fā)，討論了設(shè)備本身情況對填料磨損的影響，并對軸的表面粗糙度、徑向直徑擺動度提出了具體要求；金炯福等［27］基于泥漿泵的使用實踐經(jīng)驗，同樣對軸的表面光潔度、表面硬度以及徑向跳動量等提出了具體要求。SOTOODEH K［28］針對球閥閥桿填料密封按ISO 15848低泄漏測試時出現(xiàn)泄漏情況，進(jìn)行了失效分析，認(rèn)為填料密封性能的影響包括閥桿/填料粗糙度、填料壓緊力、填料材質(zhì)及尺寸、潤滑、閥桿安裝方式等方面，并給出了各自失效權(quán)重。

勵行根等［7］通過試驗研究，考察了軸向應(yīng)力、石墨環(huán)截面形狀和密度對組合填料密封性能和摩擦學(xué)性能的影響，除了得出軸向應(yīng)力的普遍影響規(guī)律外，還指出優(yōu)化柔性石墨環(huán)的截面形狀能改善組合填料的綜合性能，柔性石墨環(huán)的密度對組合填料的密封性能和摩擦學(xué)性能也有重要影響。并且認(rèn)為：V型石墨環(huán)填料的密封性能和摩擦學(xué)性能均明顯優(yōu)于平口石墨環(huán)，具有密度梯度的石墨環(huán)組合填料性能優(yōu)于等密度石墨環(huán)填料，為填料密封的工作實踐提出了指導(dǎo)建議。

總的來說，除了填料自身材質(zhì)［10］等影響因素外，填料密封系統(tǒng)性能影響因素應(yīng)還至少包括：填料組合型式（高徑比、有效高度、閥桿直徑、填料寬度、組合布局）、閥桿-填料-填料函配合精度（三者的尺寸公差、形位公差、光潔度等）、工作介質(zhì)特性（包括介質(zhì)自身物理特性、溫度、壓力等條件）、填料壓緊力［24］（初始壓緊力以及是否為彈性補(bǔ)償載荷）、閥桿的導(dǎo)向情況（是否有輸入振動載荷、橫向力等）、閥桿動作幅度頻次及動作速度、潤滑條件等。

此外，在研究閥桿填料密封系統(tǒng)性能影響因素時，還應(yīng)特別注意普通閥門與控制閥的區(qū)別、角行程與直行程的區(qū)別等，以便使得研究結(jié)果分析與總結(jié)更加準(zhǔn)確。

表3 角行程與直行程的區(qū)別Tab.3 The difference between angular travel and linear travel

表4 普通閥門與控制閥的區(qū)別Tab.4 The difference between ordinary valve and control valve

填料密封系統(tǒng)的性能評價是填料及填料組合質(zhì)量的重要指引，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對柔性石墨填料環(huán)、編織填料等有全面的評價指標(biāo)，而對填料密封系統(tǒng)則缺乏系統(tǒng)全面的評價指標(biāo)；現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)對填料密封系統(tǒng)的性能影響因素進(jìn)行了部分研究，但還不夠全面，缺乏系統(tǒng)化的試驗支撐。所以，還需要繼續(xù)開展系統(tǒng)而全面的研究，梳理總結(jié)出填料密封系統(tǒng)的核心性能指標(biāo)及評價體系，更新修訂相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。

3 性能試驗研究及裝置

閥桿填料相關(guān)的性能試驗研究及裝置主要可以分為：（1）僅針對填料本身的性能試驗；（2）針對填料組合系統(tǒng)的性能試驗。

3.1 填料自身性能試驗研究及裝置

GB/T 29035《柔性石墨填料環(huán)試驗方法》中規(guī)定了填料環(huán)的密度、摩擦系數(shù)、壓縮率、回彈率及熱失重等性能指標(biāo)的試驗方法，并給出了相關(guān)夾具及測試裝置（如圖3所示），為柔性石墨填料環(huán)提供了規(guī)范性指導(dǎo)。

圖3 填料測試裝置Fig.3 Diagram of packing ring testing device

KAZEMINIA等［29］認(rèn)為填料環(huán)由于內(nèi)部無序的多孔結(jié)構(gòu)和非線性材料的行為，除了與其他結(jié)構(gòu)組件的相互作用之外，還表現(xiàn)出蠕變和松弛的綜合行為。試驗研究了填料環(huán)隨時間的線性粘彈性行為特征，并進(jìn)行了本構(gòu)模擬建模，以用于填料函的設(shè)計。

ZHOU［30］通過試驗研究了不同密度石墨填料環(huán)的壓縮回彈、徑向接觸應(yīng)力及軸向密封性能，認(rèn)為石墨填料環(huán)徑向間隙補(bǔ)償能力的極限是25%壓縮率，而石墨環(huán)的密度對徑向接觸應(yīng)力影響不大。并基于多孔介質(zhì)模型，通過試驗數(shù)據(jù)擬合得到3種不同密度石墨環(huán)的軸向泄漏模型。

OMAR AWEIMER等［31］在填料組合的徑向應(yīng)力沿軸向指數(shù)分布的基礎(chǔ)上，考慮軟填料材質(zhì)的孔隙率沿軸向變化，通過建立理論分析及數(shù)值預(yù)測模型，研究了在不同壓力、壓緊力、不同氣體類型等條件下填料密封的泄漏率，并與實驗測量結(jié)果相互驗證。

3.2 填料密封系統(tǒng)性能試驗研究及裝置

由于閥桿填料密封系統(tǒng)是整體使用，所以除了對填料本身進(jìn)行的相關(guān)試驗，還需要針對整個密封系統(tǒng)性能進(jìn)行整體評價試驗研究。

馬偉平等［32］詳細(xì)討論了國外標(biāo)準(zhǔn)API 622中對閥門密封填料的性能試驗要求、試驗方法及試驗裝置等，其中試驗裝置如圖5所示。并建議國內(nèi)行業(yè)直接對API622進(jìn)行采標(biāo)使用。該試驗裝置主要是模擬閥門工作狀態(tài)來評價填料密封系統(tǒng)的性能能否滿足要求，既不檢測填料的壓緊力變化情況，也不檢測閥桿運(yùn)動過程中的摩擦力變化情況。

蔡仁良［33］、黃明亞等［21］均詳細(xì)介紹了國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中填料密封系統(tǒng)泄漏率的檢測方法，包括真空法、沖洗法、吸槍法等，試驗介質(zhì)主要是氦氣，也可以是甲烷氣體。由于氦氣比較短缺而且價格昂貴，LEJEUNE等［34］還尋找了可替代的示蹤氣體用于泄漏率的檢測，如甲烷（10%）-氮?dú)猓?0%）混合氣體、氫氣（5%）-氮?dú)猓?5%）混合氣體，并且通過基于多種檢測方法研究認(rèn)為使用后者具有良好的泄漏被檢測潛力，能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

VEIGA等介紹了一套填料測試設(shè)備和方法，可以模擬不同尺寸的閥門填料密封系統(tǒng)。該測試設(shè)備能夠測量編織填料的壓縮、松弛、填料箱底部的軸向力、閥桿轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的扭矩以及填料環(huán)數(shù)量對閥桿扭矩的影響［35-37］。該測試設(shè)備與圖5所示組成幾乎相近。

為了詳細(xì)研究軸向應(yīng)力、石墨環(huán)截面形狀和密度對組合填料密封性能和摩擦學(xué)性能的影響規(guī)律，勵行根等［7］通過對圖4所示的試驗裝置進(jìn)行了改進(jìn)，如圖5所示。與圖4裝置相比，增加設(shè)置了軸向拉壓力傳感器、往復(fù)式位移傳感器等部件，這樣可以監(jiān)測試驗過程中閥桿的摩擦力、往復(fù)運(yùn)動速度等參數(shù)，但仍缺乏對試驗過程中填料壓緊力變化的監(jiān)測。

圖4 閥桿填料密封系統(tǒng)試驗裝置Fig.4 Diagram of the test device for the valve stem packing seal system

圖5 改進(jìn)的閥桿填料密封系統(tǒng)試驗裝置Fig.5 Diagram of the improved test device for the valve stem packing seal system

通過上述分析，若全面系統(tǒng)地開展閥桿填料密封系統(tǒng)性能的試驗研究，還應(yīng)在現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上增加設(shè)置可實現(xiàn)填料壓緊力精確施加的功能，并至少檢測記錄包括以下參數(shù)數(shù)據(jù)：（1）主要檢測參數(shù)：泄漏值（低泄漏檢測，評判指標(biāo)）；（2）實時記錄參數(shù)：閥桿摩擦力/扭矩、填料壓緊力、介質(zhì)壓力、介質(zhì)溫度、閥桿位移/動作回合耗時、動作次數(shù)；（3）其它記錄參數(shù)：填料自身性能參數(shù)、組合型式參數(shù)、閥桿-填料-填料函密封配合精度參數(shù)、介質(zhì)特性、潤滑條件等。

4 總結(jié)與展望

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對閥門產(chǎn)品性能及其環(huán)保要求越來越高，作為各類閥門產(chǎn)品中關(guān)鍵共性技術(shù)，填料密封系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)要求也越來越高。

填料壓緊力、摩擦力或力矩等相關(guān)計算公式并未明確其適用范圍或前提條件，且由于缺乏相關(guān)經(jīng)驗系數(shù)選擇指南，在應(yīng)用實踐中普遍偏于保守，使得其無法有效用于指導(dǎo)工作實踐。建議通過開展更為全面而系統(tǒng)的試驗研究，完善相關(guān)計算公式。研究過程中還應(yīng)明確相關(guān)試驗樣件的加工制造成品條件、裝配潤滑條件等，充分考慮試驗樣件可能受到的影響，從而使得計算公式的應(yīng)用更加準(zhǔn)確。

針對閥桿填料密封系統(tǒng)的試驗評價，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)普遍集中于規(guī)定在一定的循環(huán)周期內(nèi)密封性能滿足一定的低泄漏率等級，并未規(guī)定閥桿與填料這一對摩擦副的摩擦系數(shù)或摩擦力/力矩應(yīng)達(dá)到何種要求。建議通過開展研究工作，提煉可以評價閥桿填料密封系統(tǒng)的摩擦性能指標(biāo)，并結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，修訂完善國內(nèi)有關(guān)填料性能試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

此外，由于填料的磨損、填料壓緊力的松弛，在使用過程中需要提供一定的壓緊力補(bǔ)償，可以非常有助于提高閥桿填料密封系統(tǒng)的工作壽命。建議針對不同的補(bǔ)償位置、不同的補(bǔ)償預(yù)緊余量以及不同的補(bǔ)償零件等因素，深入開展相關(guān)研究工作。