阀门是现代工业中一种常见的机械产品。作為(wèi)流體(tǐ)传输系统中的关键性控制部件，因其具有(yǒu)的截止、调节、稳压、分(fēn)流等功能(néng)，其主要应用(yòng)于锅炉、蒸汽管道、炼油、化工、火力以及冶金等领域。现代工业对阀门密封的可(kě)靠性提出了越来越高的要求，密封性能(néng)是评定阀门产品质量的一个重要技术指标。
高温阀门是指工作温度高于250℃的阀门，高温阀门的阀杆填料密封技术一直是多(duō)年来未解决的突出问题，也是提高阀门可(kě)靠性的薄弱环节之一。常见的高温阀门阀杆填料密封一般存在的密封不足或过度密封的情况，在長(cháng)时间运行中阀门阀杆处容易出现泄漏，易燃易爆、剧毒等危险物(wù)的泄漏不仅会造成装置停工和经济损失，而且会引起环境污染，甚至人员伤亡事故，给装置的运行带来很(hěn)大的风险。
一、阀门填料密封的原理(lǐ)
阀门的密封性能(néng)是评定阀门质量性能(néng)的一个重要指标。现在大部分(fēn)的调节阀或者通用(yòng)阀门阀杆和填料密封為(wèi)接触式密封，因其结构简单、装配及更换方便、成本低廉而被广泛采用(yòng)。
阀门中阀杆和填料处的泄漏又(yòu)是常见的现象。填料之所以能(néng)起到密封的作用(yòng)，其原理(lǐ)现在主要存在两大密封观点，分(fēn)别是“轴承效应”和“迷宫效应”。
填料的“轴承效应”是指在盘根填料和阀杆之间，挤压填料以及在外部的润滑剂作用(yòng)下，因為(wèi)张力在阀杆的接触面形成一层液膜，使填料和阀杆形成类似于滑动轴承的关系，这样填料和阀杆就不会因為(wèi)过度摩擦而出现磨损，同时因為(wèi)液膜存在，填料和阀杆时刻处于密封状态。
填料的“迷宫效应”则是指阀杆的表面平整程度无法达到微观水平，填料和阀杆只能(néng)部分(fēn)贴合而做不到*贴合，在填料和阀杆之间永遠(yuǎn)存在着极為(wèi)微小(xiǎo)的间隙，又(yòu)因填料间的切口不对称装配，这些间隙一起形成了迷宫带，介质在其中被多(duō)次节流、降压，而达到密封的作用(yòng)。
填料密封中的“迷宫效应”所指的阀杆的表面平整程度无法达到微观水平，阀杆和填料间的微小(xiǎo)间隙这是客观存在的，无法消除，如果从这方面进行填料密封设计，往往效果不是很(hěn)理(lǐ)想，而这是造成多(duō)空间泄漏或动力泄漏的基本条件。密封介质通过填料和阀杆泄漏机理(lǐ)有(yǒu)很(hěn)多(duō)形式：腐蚀间隙泄漏机制、多(duō)孔泄漏机制、动力泄漏机制等。本文(wén)对于高温工况下的阀门填料密封结构的改进设计是基于上述多(duō)种泄漏机制，提出切实可(kě)行的改进方案。
二、目前常见的填料类型以及应用(yòng)场合
1、聚四氟乙烯盘根
聚四氟乙烯盘根是以纯聚四氟乙烯分(fēn)散树脂為(wèi)原料，先制成生料薄膜，再经过捻線(xiàn)，编强织成盘根.这种盘根无其它添加物(wù)，可(kě)广泛用(yòng)于食品、制药、造纸化纤等有(yǒu)较高清洁度要求，和有(yǒu)强腐蚀性介质的阀门、泵上。
适用(yòng)范围：使用(yòng)温度不超过260℃，使用(yòng)压力不大于20MPa，pH值：0-14。
2、膨胀石墨盘根
膨胀石墨盘根又(yòu)称柔性石墨盘根采用(yòng)柔性石墨線(xiàn)经穿心编织而成。膨胀石墨盘根具有(yǒu)良好的自润滑性及导热性，摩擦系数小(xiǎo)，通用(yòng)性强，柔软性好，强度高，对轴杆有(yǒu)保护作用(yòng)等优点。
适用(yòng)范围：使用(yòng)温度不超过600℃，使用(yòng)压力不大于20MPa，pH值：0-14。
3、增强型石墨盘根
增强型石墨盘根采用(yòng)玻璃纤维、铜丝、不锈钢丝、镍丝，茵苛镍合金丝等材料增强的纯膨胀石墨線(xiàn)编织而成。具有(yǒu)膨胀石墨的各项特性，而且通用(yòng)性强，柔软性好，强度高。与一般的编织盘根组合，是解决高温，高压密封难题的有(yǒu)效的密封元件之一。
适用(yòng)范围：使用(yòng)温度不超过550℃，使用(yòng)压力不大于32MPa，pH值：0-14。
该盘根是膨胀石墨盘根的增强版，是非常不错的密封材料。
以上列举了常见的几种填料盘根的类型，实际生产过程中还会遇到针对特殊工况研发的其他(tā)种类填料盘根。例如较好耐化學(xué)性的芳纶纤维盘根;适合高负荷旋转轴的芳纶碳纤维混编制盘根等等，本文(wén)限于篇幅，就不一一详细介绍。
三、常见阀门填料结构和选择
常见的阀杆填料密封结构主要有(yǒu)压板、压盖、隔套、填料等组成。為(wèi)了达到良好的密封效果，一般要求填料具有(yǒu)组织致密，化學(xué)稳定性好，摩擦系数低等特点。一般在温度低于200℃，填料常选用(yòng)聚四氟乙烯盘根，其具有(yǒu)的高润滑、不粘性、電(diàn)绝缘性和良好的抗老化等特点，广泛用(yòng)于石油、化工、制药等领域。
在200°到450°温度工况下，石墨盘根因具有(yǒu)耐高温、自润滑、低摩擦系数等特点，被广泛选用(yòng)。石墨盘根根据用(yòng)途已研制出各种分(fēn)类，在实际应用(yòng)中，填料可(kě)根据实际工况条件选择合适的石墨盘根类型，例如250℃、低压工况场合可(kě)选择膨胀石墨盘根，中、高压可(kě)选择增强型石墨盘根或者两者组合使用(yòng)。
四、高温阀门填料结构外漏分(fēn)析
在高温工况下，如选用(yòng)石墨盘根密封结构，很(hěn)容易出现外漏情况。经分(fēn)析原因如下：
石墨盘根装入填料函内，通过填料压盖上紧固螺栓松紧来施加对填料的轴向压力。由于填料具有(yǒu)一定程度的可(kě)塑性，受轴向压力后产生径向压力和微变形，内孔与阀杆紧密贴合，但是这种贴合上下不是均匀的。通过填料压力分(fēn)布和填料密封力分(fēn)布可(kě)知，填料函中上部填料和下部填料受介质压力是不均匀的。直接导致两部分(fēn)填料塑性变形不一致，容易出现填料与阀杆的局部密封过度或者密封不足，同时靠近压盖处受的径向压紧力有(yǒu)多(duō)大，所带来的填料与阀杆的摩擦力也就有(yǒu)多(duō)大，在此处阀杆和填料容易出现磨损。
在高温情况下，温度越高，石墨盘根膨胀越大，摩擦力也随之加大，高温所带来的散热不及时，加速了阀杆和填料的磨损率，这也是高温阀门填料容易出现外漏的主要原因。
五、高温阀门填料结构的改进设计
高温工况下的阀门填料特容易出现外漏的情况，高温填料一般选择膨胀石墨盘根為(wèi)主。膨胀石墨填料的自润滑性和膨胀性好、回弹系数高，但缺点是易碎、抗剪切力差，一般安装在填料函的中间部分(fēn)，防止膨胀石墨填料受到填料压盖和底部压垫的挤压而损坏;增强型石墨盘根因含有(yǒu)镍丝等，结实抗挤压，故可(kě)以安装在顶部和底部。
虽然利用(yòng)膨胀石墨和增强型石墨盘组合解决部分(fēn)高温下填料外漏的情况。但是对于阀门动作比较频繁的工况，石墨盘根磨损率比较高，使用(yòng)一段时间后需要人工紧填料函上的紧固螺栓，对于人工和排查都带来了比较大的问题。基于上述问题的考虑，我司结合國(guó)内外文(wén)献以及经验的积累近年来研制一种补偿性的阀门填料结构，特别针对高温低压、以及高温高压的不同工况，针对性的开发不同的高温填料结构，一举解决了阀门在高温工况下容易外漏的情况。
高温低压型，采用(yòng)特制补偿性圈形弹簧和组合式石墨盘根相结合。
工况压力不高故取消填料隔套，填料函底部加入特制补偿性圈形弹簧，安装时需紧固螺栓预加一定的预紧力。即使石墨填料和阀杆出现摩擦性磨损，圈形弹簧能(néng)即时作出相应的补偿性调节，保证阀门发生外漏情况。
高温高压型，这是一种先进的填料系统，采用(yòng)碟形弹簧和圈形弹簧外置双补偿结构，能(néng)够避免温度过高使弹簧失效的优点，尤其在高温、高压这种工况下，某处补偿点失效，另一组补偿依然有(yǒu)效，两者不干涉，单独补偿但同时对填料起作用(yòng)。碟形弹簧的封闭性也有(yǒu)利于在恶劣户外条件下使用(yòng)，两处补偿点的外置结构也有(yǒu)利于更换，无需拆卸整个填料函，大大提高了效率以及方便操作。经过長(cháng)期用(yòng)户跟踪，此类型填料结构对于高温、高压下的阀杆密封防止防止外漏效果明显，使用(yòng)寿命長(cháng)。
