1 柔性石墨密封的特性

柔性石墨又稱為膨脹石墨。顧名思義，它的密封能力往往是通過(guò)外力把柔性石墨填料環(huán)的軸向尺寸進(jìn)行壓縮，而使其徑向尺寸方向上發(fā)生膨脹變形，從而在密封面上產(chǎn)生了膨脹變形力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)密封。但是，由于柔性石墨的回彈性很差(與橡膠O型圈比較)，以至于它不能像橡膠O型圈那樣有良好的密封自動(dòng)補(bǔ)償能力。正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，如果在密封實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，柔性石墨環(huán)的位置發(fā)生變動(dòng)，就會(huì)引起密封面上發(fā)生泄漏。這就是閥桿填料的位置要設(shè)計(jì)成壓力可調(diào)結(jié)構(gòu)的原因所在，如圖1所示。

　　圖1 典型的閥桿填料壓力可調(diào)結(jié)構(gòu)

　　該結(jié)構(gòu)是依靠調(diào)節(jié)螺栓產(chǎn)生的閥桿軸向壓力，使柔性石墨膨脹變形，以使柔性石墨環(huán)和填料涵之間，柔性石墨環(huán)和閥桿之間產(chǎn)生膨脹變現(xiàn)力而密封。當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，需繼續(xù)向下調(diào)節(jié)螺栓，以使柔性石墨環(huán)獲得使密封面重新獲得密封的膨脹力。

2 硬密封球閥產(chǎn)生內(nèi)漏的原因

軟密封固定球閥的閥座和閥體之間的密封是靠橡膠O型圈的彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是如果要靠柔性石墨的變形來(lái)實(shí)現(xiàn)閥座和閥體之間的密封的話，往往是不可靠的。因?yàn)槿嵝允皇菑椥圆牧希淖冃螌儆谒苄宰冃危菑椥宰冃巍Ｒ虼耍嵝允挥糜陟o態(tài)密封，并且可以重復(fù)加壓的場(chǎng)合，比如閥門的閥桿填料等。這也是很多硬密封球閥產(chǎn)生內(nèi)漏的主要原因所在。

盡管固定球閥的球體是固定的，開(kāi)、關(guān)閥門時(shí)，球體繞軸線原地轉(zhuǎn)動(dòng)，但是在球體的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，部分閥座會(huì)出現(xiàn)懸空的現(xiàn)象(如圖2所示)。

　　圖2 硬密封固定球閥開(kāi)、關(guān)過(guò)程示意圖

　　加之閥座彈簧對(duì)閥座產(chǎn)生的推力以及閥座安裝間隙的存在，在開(kāi)啟或關(guān)閉閥門的過(guò)程當(dāng)中，就會(huì)導(dǎo)致閥座產(chǎn)生搖動(dòng)。對(duì)于硬密封固定球閥來(lái)講，閥座的搖動(dòng)勢(shì)必會(huì)帶動(dòng)柔性石墨環(huán)的晃動(dòng)，這樣就會(huì)破壞柔性石墨環(huán)和閥體間的靜態(tài)密封副，進(jìn)而產(chǎn)生泄漏。

因此，把硬密封固定球閥的閥座和閥體之間的密封，設(shè)計(jì)成這種依靠柔性石墨的膨脹力提供密封的靜態(tài)密封形式，是相當(dāng)錯(cuò)誤的，它直接影響閥門的密封能力和使用壽命。如果把此處的靜態(tài)的密封改為動(dòng)態(tài)的密封就能改變這種狀況。

3 動(dòng)態(tài)密封設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

硬密封固定球閥閥座的增強(qiáng)柔性石墨環(huán)的動(dòng)態(tài)密封是指依靠閥門內(nèi)部的介質(zhì)壓力作用于它，并引起它的各個(gè)密封面上的接觸應(yīng)力均能夠大于閥門內(nèi)部的介質(zhì)壓力，從而實(shí)現(xiàn)可靠密封的一種形式。如果說(shuō)前面講的靜態(tài)密封是一種被動(dòng)密封的形式的話，那么可以把這種動(dòng)態(tài)密封的形式稱為主動(dòng)密封。

在這里，以字母代表關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的數(shù)值，并推導(dǎo)出增強(qiáng)柔性石墨環(huán)動(dòng)態(tài)密封實(shí)現(xiàn)的條件。在閥門工作過(guò)程中，要研究增強(qiáng)柔性石墨環(huán)的關(guān)鍵密封面如圖3中所示的密封面1和密封面2。其上箭頭表示各自的接觸應(yīng)力，只要密封面1和密封面2上的接觸應(yīng)力均大于閥門介質(zhì)的工作壓力，那么，介質(zhì)就不能穿過(guò)密封面1和密封面2，從而實(shí)現(xiàn)有效的密封。這兩個(gè)密封面上的接觸應(yīng)力會(huì)隨著閥門介質(zhì)壓力的變化而變化，但接觸應(yīng)力始終大于閥門的介質(zhì)壓力。在閥門的設(shè)計(jì)工作壓力范圍之內(nèi)，它不會(huì)由于介質(zhì)工作壓力的波動(dòng)而造成泄漏。因此，可以把它看作是動(dòng)態(tài)的、主動(dòng)的密封形式。

　　圖3 增強(qiáng)柔性石墨環(huán)的有效密封面示意圖

　　通過(guò)合理的增強(qiáng)柔性石墨環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使它的密封形態(tài)發(fā)生質(zhì)的變化。不僅可以用它來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)意義上的靜態(tài)密封方式，也可以用實(shí)現(xiàn)可靠的動(dòng)態(tài)密封方式，把被動(dòng)密封的形式，提升為主動(dòng)密封的形式。采用這樣的密封形式，性能良好的增強(qiáng)柔性石墨環(huán)不僅可以應(yīng)用于高溫的工況，也可以應(yīng)用于高溫且高壓的工況