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補(bǔ)償能力。正是因為這一點，如果在密封實現(xiàn)過程中，柔性石墨環(huán)的位置發(fā)生變動，就會引起密封面上發(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，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型圈的彈性變形來實現(xiàn)的。但是如果要靠柔性石墨的變形來實現(xiàn)閥座和閥體之間的密封的話，往往是不可靠的。因為柔性石墨不是彈性材料，它的變形屬于塑性變形，而非彈性變形。因此，柔性石墨往往只用于靜態(tài)密封，并且可以重復(fù)加壓的場合，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、關(guān)閥門時，球體繞軸線原地轉(zhuǎn)動，但是在球體的轉(zhuǎn)動過程中，部分閥座會出現(xiàn)懸空的現(xiàn)象(如圖2所示)。

　　圖2 硬密封固定球閥開、關(guān)過程示意圖

　　加之閥座彈簧對閥座產(chǎn)生的推力以及閥座安裝間隙的存在，在開啟或關(guān)閉閥門的過程當(dāng)中，就會導(dǎo)致閥座產(chǎn)生搖動。對于硬密封固定球閥來講，閥座的搖動勢必會帶動柔性石墨環(huán)的晃動，這樣就會破壞柔性石墨環(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)的密封改為動態(tài)的密封就能改變這種狀況。

3 動態(tài)密封設(shè)計

3.1 設(shè)計思路

硬密封固定球閥閥座的增強(qiáng)柔性石墨環(huán)的動態(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，從而實現(xiàn)可靠密封的一種形式。如果說前面講的靜態(tài)密封是一種被動密封的形式的話，那么可以把這種動態(tài)密封的形式稱為主動密封。

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)動態(tài)密封實現(xiàn)的條件。在閥門工作過程中，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)就不能穿過密封面1和密封面2，從而實現(xiàn)有效的密封。這兩個密封面上的接觸應(yīng)力會隨著閥門介質(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)計工作壓力范圍之內(nèi)，它不會由于介質(zhì)工作壓力的波動而造成泄漏。因此，可以把它看作是動態(tài)的、主動的密封形式。

　　圖3 增強(qiáng)柔性石墨環(huán)的有效密封面示意圖

　　通過合理的增強(qiáng)柔性石墨環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以使它的密封形態(tài)發(fā)生質(zhì)的變化。不僅可以用它來實現(xiàn)傳統(tǒng)意義上的靜態(tài)密封方式，也可以用實現(xiàn)可靠的動態(tài)密封方式，把被動密封的形式，提升為主動密封的形式。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