三种减小阀门填料摩擦力的方法

天然气和水传输到苛性碱和高温蒸汽的应用中,当正确使用压缩填料时，它是一种具有成本很低高性能的密封手段。 不幸的是，压缩填料产生摩擦力，这可能是在某些应用中的主要问题。 知道如何减少这种摩擦对于减少这些问题至关重要。

气动和电动操作控制阀(AOV和MOV)的用户通常需要低摩擦填料，其允许准确，有效和一致的驱动，同时在介质上保持有效的密封。 在动态表面上施加的摩擦力封装主要是材料类型，接触表面积和压缩载荷的函数。 虽然其他系统变量和输入也会影响摩擦，但它们更难以量化或修改。

减摩策略包括修改密封材料，配置和安装程序以获得低摩擦负载。不同的应用有不同的允许泄漏率。有效地密封一个应用可能需要石墨，而另一个可能需要基于PTFE的密封以减少摩擦。用户还可以具有基于成本开发。对所有密封问题没有单一的解决方案;这里讨论的策略在概念上适用于大多数应用程序，但它们需要在实现前验证。每个应用程序都将有一个最佳解决方案，考虑到当前可用的密封技术和策略。

压缩密封用作阻止介质从较高压力系统移动到阀正在操作的较低压力周围环境的屏障。压缩填料的密封机构基于填料和动态密封表面之间的紧密配合。这种配合通过施加轴向压缩而产生，该轴向压缩引起填料抵靠密封表面1的径向运动。图1示出了轴向压缩和径向膨胀的动力学。

泄漏的大小由诸如介质，压力，结构和安装，轴偏摆和温度的系统变量确定。这里的一个重要点是摩擦和密封是分开的，但是关于压缩填充的相关问题。通常优化的解决方案是这两个因素的组合。假设地，可以通过不安装任何密封来实现低摩擦;但结果将是泄漏的

阀门

。相反，通过将阀杆焊接到阀盖上可以实现优异的密封;但是阀不能被致动。实际上，操作人员立即控制排放的因素包括使用的填料环的类型和数量，正确的安装和轴向负载。

在保持有效密封系统的同时减少摩擦有三种基本策略。 这些包括减少填料函上的负载，减少环的数量和更换填料材料。

阀门石墨填料

1、减少填料组中的环数限制了与轴的接触面积。这降低了未压缩填充高度(H)，其与较低的摩擦力成比例。在理论上，大多数施加的应力仅影响最靠近两个环。这些环提供大部分的密封效果;剩余的环提供很小的密封，但是增加了施加在移动轴上的总摩擦力。图4示出了与所需致动力的填料环数量相关的实际测试数据。添加环增加了摩擦，但是这不是线性关系，并且取决于材料和结构。移除环可能造成间隔和密封效果的潜在问题。可以通过安装碳或钢衬套来保持间距，所述衬套保持填料组的高度而不接触轴。密封所需的圈数取决于应用，应由熟悉系统的人员确定。

2、将填料材料更换为具有较低摩擦系数(COF)的材料可减少摩擦。摩擦系数(μ)定量了包装材料如何抵抗动态密封表面上的运动。然而，摩擦系数与COF不相同。摩擦因数是描述特定构型或编织物的摩擦的集中变量。这不同于描述固有材料性质的COF。摩擦因数对于不同类型的压缩包装而变化。例如，基于PTFE的编织物可以具有0.08的摩擦系数;具有润滑的石墨编织物可以为约0.09;并且模具形成的石墨组可以接近0.1。这些摩擦系数与实际值不同，因为制造商的安全因素，考虑最坏情况情况，以及不同尺寸和样式的辫子的平均值。图5示出了四环组3/8-in所需的致动力。 PTFE涂层碳纤维，模具形成的纯石墨组，具有润滑剂浸渍的纯PTFE纤维和具有网格结构的PTFE纤维编织层。

石墨和PTFE是用于压缩填料的主要低摩擦材料。 PTFE是高度润滑的材料，但受其500°F(260℃)温度等级以及高蠕变和流动特性的限制。石墨在氧化气氛中可承受高达850°F(454℃)的温度，在蒸汽环境中可承受1,200°F(649℃)的温度。这两种材料都可以用作填料的主要材料，或者可以添加以减少摩擦。石墨，PTFE和其它聚合物和润滑剂通常通过浸渍或分散体添加以减少操作期间的摩擦。它们也可以制成纯PTFE或石墨密封产品。

通常，通过将柔性石墨箔模成型为固体环，将石墨形成为密封产品。 PTFE可以形成纤维并编织，类似于其他纤维编织物。 PTFE和石墨材料也可以与其它纤维和填料一起加工以优化所需的特性，例如较低的摩擦和耐挤出性。例如，在碳或石墨编织物上的PTFE的薄涂层可以显着减少摩擦，而碳芯保持编织物的结构完整性和抗蠕变性。

3、使用具有促进径向运动的角平面的模具形成的石墨组，其使有效密封所需的压缩负载最小化。 这种压缩载荷的减小与石墨的软材料性质相结合产生了有效的密封并减少了行进杆上的摩擦负载。 软石墨环不会施加高摩擦力，而是变形到剪切摩擦力和材料强度之间的平衡点。 此外，密封所需的减小的压缩载荷意味着端环，通常是更坚固的编织材料，看到较小的压缩载荷，并且随后在移动的杆上施加较小的摩擦力。 这通常意味着与等效编织材料相比使用模具成形组产生较小的摩擦力。在碳上的PTFE显示出在图5中测试的编织物的最低摩擦。

没有针对压缩填料产生的摩擦的标准测试方法，因此制造商开发自己的标准化测试以比较不同产品的摩擦性能。标准测试通常测量COF。 ASTM G1115-103提供了在特定的受控设置下测量和报告COF的指南。然而，分析用于摩擦的编织物的特定部分的结果不是特别有用，因为阀中的杆摩擦由不断变化的变量(例如润滑，光洁度，温度和循环数)的动态相互作用产生。

还存在直接影响压缩填料组产生的摩擦的其它因素，但是与简单地改变填充材料相比，它们在现场更难以测量和控制。其中是轴端面，推荐在32微英寸(AARH)或更好的往复阀杆上。杆或行进轴的跳动不均匀地装载和卸载填料，可能超过材料的可压缩性和恢复性能的限制，这有害地影响密封。此外，压盖从动件可能会干扰行程阀杆。

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