三種減小閥門填料摩擦力的方法

天然氣和水傳輸到苛性堿和高溫蒸汽的應用中,當正確使用壓縮填料時，它是一種具有成本很低高性能的密封手段。 不幸的是，壓縮填料產生摩擦力，這可能是在某些應用中的主要問題。 知道如何減少這種摩擦對于減少這些問題至關重要。

氣動和電動操作控制閥(AOV和MOV)的用戶通常需要低摩擦填料，其允許準確，有效和一致的驅動，同時在介質上保持有效的密封。 在動態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。 雖然其他系統變量和輸入也會影響摩擦，但它們更難以量化或修改。

在保持有效密封系統的同時減少摩擦有三種基本策略。 這些包括減少填料函上的負載，減少環的數量和更換填料材料。

1、減少填料組中的環數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，大多數施加的應力僅影響最靠近兩個環。這些環提供大部分的密封效果;剩余的環提供很小的密封，但是增加了施加在移動軸上的總摩擦力。圖4示出了與所需致動力的填料環數量相關的實際測試數據。添加環增加了摩擦，但是這不是線性關系，并且取決于材料和結構。移除環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。密封所需的圈數取決于應用，應由熟悉系統的人員確定。

2、將填料材料更換為具有較低摩擦系數(COF)的材料可減少摩擦。摩擦系數(μ)定量了包裝材料如何抵抗動態密封表面上的運動。然而，摩擦系數與COF不相同。摩擦因數是描述特定構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的COF。摩擦因數對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;具有潤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。這些摩擦系數與實際值不同，因為制造商的安全因素，考慮最壞情況情況，以及不同尺寸和樣式的辮子的平均值。 PTFE涂層碳纖維，模具形成的純石墨組，具有潤滑劑浸漬的純PTFE纖維和具有網格結構的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是高度潤滑的材料，但受其500°F(260℃)溫度等級以及高蠕變和流動特性的限制。石墨在氧化氣氛中可承受高達850°F(454℃)的溫度，在蒸汽環境中可承受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或石墨密封產品。

通常，通過將柔性石墨箔模成型為固體環，將石墨形成為密封產品。 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構完整性和抗蠕變性。

3、使用具有促進徑向運動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載最小化。 這種壓縮載荷的減小與石墨的軟材料性質相結合產生了有效的密封并減少了行進桿上的摩擦負載。 軟石墨環不會施加高摩擦力，而是變形到剪切摩擦力和材料強度之間的平衡點。 此外，密封所需的減小的壓縮載荷意味著端環，通常是更堅固的編織材料，看到較小的壓縮載荷，并且隨后在移動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生較小的摩擦力。在碳上的PTFE顯示出在圖5中測試的編織物的最低摩擦。

沒有針對壓縮填料產生的摩擦的標準測試方法，因此制造商開發自己的標準化測試以比較不同產品的摩擦性能。標準測試通常測量COF。 ASTM G1115-103提供了在特定的受控設置下測量和報告COF的指南。然而，分析用于摩擦的編織物的特定部分的結果不是特別有用，因為閥中的桿摩擦由不斷變化的變量(例如潤滑，光潔度，溫度和循環數)的動態相互作用產生。

還存在直接影響壓縮填料組產生的摩擦的其它因素，但是與簡單地改變填充材料相比，它們在現場更難以測量和控制。其中是軸端面，推薦在32微英寸(AARH)或更好的往復閥桿上。桿或行進軸的跳動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性能的限制，這有害地影響密封。此外，壓蓋從動件可能會干擾行程閥桿。

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