三種減小閥門填料摩擦力方法

　　天然氣和水傳輸?shù)娇列詨A和高溫蒸汽的應(yīng)用中，當(dāng)正確使用壓縮填料時(shí)，它是一種具有成本很低高性能的密封手段。 不幸的是，壓縮填料產(chǎn)生摩擦力，這可能是在某些應(yīng)用中的主要問題。 知道如何減少這種摩擦對(duì)于減少這些問題至關(guān)重要。

　　氣動(dòng)和電動(dòng)操作控制閥（AOV和MOV）的用戶通常需要低摩擦填料，其允許準(zhǔn)確，有效和一致的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)在介質(zhì)上保持有效的密封。 在動(dòng)態(tài)表面上施加的摩擦力封裝主要是材料類型，接觸表面積和壓縮載荷的函數(shù)。 雖然其他系統(tǒng)變量和輸入也會(huì)影響摩擦，但它們更難以量化或修改。

　　減摩策略包括修改密封材料，配置和安裝程序以獲得低摩擦負(fù)載。不同的應(yīng)用有不同的允許泄漏率。有效地密封一個(gè)應(yīng)用可能需要石墨，而另一個(gè)可能需要基于PTFE的密封以減少摩擦。用戶還可以具有基于成本開發(fā)。對(duì)所有密封問題沒有單一的解決方案;這里討論的策略在概念上適用于大多數(shù)應(yīng)用程序，但它們需要在實(shí)現(xiàn)前驗(yàn)證。每個(gè)應(yīng)用程序都將有一個(gè)最佳解決方案，考慮到當(dāng)前可用的密封技術(shù)和策略。

　　壓縮密封用作阻止介質(zhì)從較高壓力系統(tǒng)移動(dòng)到閥正在操作的較低壓力周圍環(huán)境的屏障。壓縮填料的密封機(jī)構(gòu)基于填料和動(dòng)態(tài)密封表面之間的緊密配合。這種配合通過施加軸向壓縮而產(chǎn)生，該軸向壓縮引起填料抵靠密封表面1的徑向運(yùn)動(dòng)。圖1示出了軸向壓縮和徑向膨脹的動(dòng)力學(xué)。

　　泄漏的大小由諸如介質(zhì)，壓力，結(jié)構(gòu)和安裝，軸偏擺和溫度的系統(tǒng)變量確定。這里的一個(gè)重要點(diǎn)是摩擦和密封是分開的，但是關(guān)于壓縮填充的相關(guān)問題。通常優(yōu)化的解決方案是這兩個(gè)因素的組合。假設(shè)地，可以通過不安裝任何密封來實(shí)現(xiàn)低摩擦;但結(jié)果將是泄漏的閥門。相反，通過將閥桿焊接到閥蓋上可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的密封;但是閥不能被致動(dòng)。實(shí)際上，操作人員立即控制排放的因素包括使用的填料環(huán)的類型和數(shù)量，正確的安裝和軸向負(fù)載。

　　在保持有效密封系統(tǒng)的同時(shí)減少摩擦有三種基本策略。 這些包括減少填料函上的負(fù)載，減少環(huán)的數(shù)量和更換填料材料。

　　1、減少填料組中的環(huán)數(shù)限制了與軸的接觸面積。這降低了未壓縮填充高度（H），其與較低的摩擦力成比例。在理論上，大多數(shù)施加的應(yīng)力僅影響最靠近兩個(gè)環(huán)。這些環(huán)提供大部分的密封效果;剩余的環(huán)提供很小的密封，但是增加了施加在移動(dòng)軸上的總摩擦力。圖4示出了與所需致動(dòng)力的填料環(huán)數(shù)量相關(guān)的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)。添加環(huán)增加了摩擦，但是這不是線性關(guān)系，并且取決于材料和結(jié)構(gòu)。移除環(huán)可能造成間隔和密封效果的潛在問題?？梢酝ㄟ^安裝碳或鋼襯套來保持間距，所述襯套保持填料組的高度而不接觸軸。密封所需的圈數(shù)取決于應(yīng)用，應(yīng)由熟悉系統(tǒng)的人員確定。

　　2、將填料材料更換為具有較低摩擦系數(shù)（COF）的材料可減少摩擦。摩擦系數(shù)（μ）定量了包裝材料如何抵抗動(dòng)態(tài)密封表面上的運(yùn)動(dòng)。然而，摩擦系數(shù)與COF不相同。摩擦因數(shù)是描述特定構(gòu)型或編織物的摩擦的集中變量。這不同于描述固有材料性質(zhì)的COF。摩擦因數(shù)對(duì)于不同類型的壓縮包裝而變化。例如，基于PTFE的編織物可以具有0.08的摩擦系數(shù);具有潤(rùn)滑的石墨編織物可以為約0.09;并且模具形成的石墨組可以接近0.1。這些摩擦系數(shù)與實(shí)際值不同，因?yàn)橹圃焐痰陌踩蛩兀紤]最壞情況情況，以及不同尺寸和樣式的辮子的平均值。圖5示出了四環(huán)組3/8-in所需的致動(dòng)力。 PTFE涂層碳纖維，模具形成的純石墨組，具有潤(rùn)滑劑浸漬的純PTFE纖維和具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的PTFE纖維編織層。

　　石墨和PTFE是用于壓縮填料的主要低摩擦材料。 PTFE是高度潤(rùn)滑的材料，但受其500°F（260℃）溫度等級(jí)以及高蠕變和流動(dòng)特性的限制。石墨在氧化氣氛中可承受高達(dá)850°F（454℃）的溫度，在蒸汽環(huán)境中可承受1，200°F（649℃）的溫度。這兩種材料都可以用作填料的主要材料，或者可以添加以減少摩擦。石墨，PTFE和其它聚合物和潤(rùn)滑劑通常通過浸漬或分散體添加以減少操作期間的摩擦。它們也可以制成純PTFE或石墨密封產(chǎn)品。

　　通常，通過將柔性石墨箔模成型為固體環(huán)，將石墨形成為密封產(chǎn)品。 PTFE可以形成纖維并編織，類似于其他纖維編織物。 PTFE和石墨材料也可以與其它纖維和填料一起加工以優(yōu)化所需的特性，例如較低的摩擦和耐擠出性。例如，在碳或石墨編織物上的PTFE的薄涂層可以顯著減少摩擦，而碳芯保持編織物的結(jié)構(gòu)完整性和抗蠕變性。

　　3、使用具有促進(jìn)徑向運(yùn)動(dòng)的角平面的模具形成的石墨組，其使有效密封所需的壓縮負(fù)載最小化。 這種壓縮載荷的減小與石墨的軟材料性質(zhì)相結(jié)合產(chǎn)生了有效的密封并減少了行進(jìn)桿上的摩擦負(fù)載。 軟石墨環(huán)不會(huì)施加高摩擦力，而是變形到剪切摩擦力和材料強(qiáng)度之間的平衡點(diǎn)。 此外，密封所需的減小的壓縮載荷意味著端環(huán)，通常是更堅(jiān)固的編織材料，看到較小的壓縮載荷，并且隨后在移動(dòng)的桿上施加較小的摩擦力。 這通常意味著與等效編織材料相比使用模具成形組產(chǎn)生較小的摩擦力。在碳上的PTFE顯示出在圖5中測(cè)試的編織物的最低摩擦。

　　沒有針對(duì)壓縮填料產(chǎn)生的摩擦的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，因此制造商開發(fā)自己的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試以比較不同產(chǎn)品的摩擦性能。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試通常測(cè)量COF。 ASTM G1115-103提供了在特定的受控設(shè)置下測(cè)量和報(bào)告COF的指南。然而，分析用于摩擦的編織物的特定部分的結(jié)果不是特別有用，因?yàn)殚y中的桿摩擦由不斷變化的變量（例如潤(rùn)滑，光潔度，溫度和循環(huán)數(shù)）的動(dòng)態(tài)相互作用產(chǎn)生。

　　還存在直接影響壓縮填料組產(chǎn)生的摩擦的其它因素，但是與簡(jiǎn)單地改變填充材料相比，它們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)更難以測(cè)量和控制。其中是軸端面，推薦在32微英寸（AARH）或更好的往復(fù)閥桿上。桿或行進(jìn)軸的跳動(dòng)不均勻地裝載和卸載填料，可能超過材料的可壓縮性和恢復(fù)性能的限制，這有害地影響密封。此外，壓蓋從動(dòng)件可能會(huì)干擾行程閥桿。