球閥軟質密封填料和成型填料

填料的結構型式極其繁多，這里僅就球閥上常用的軟質密封填料和成型填料作簡要介紹。

（1）軟質密封填料

軟質密封填料的基體材料有石棉纖維、氟纖維和碳素纖維等。各種石棉填料已標準化，設計時可按JB1712-91《石棉填料》選用。

氟纖維和碳素纖維填料制品的規(guī)格及用途見表3-10。

軟質密封填料函的典型結構如圖3-34b和圖3-35a所示，壓蓋將軟質填料軸向壓緊，使它產生徑向彈塑性變形而達到密封。軟質密封填料磨損快，需經常擰緊填料壓蓋螺栓或更換填料。

（2）成型填料

成型填料系以橡膠、工程塑料等彈塑性材料為原材料，采用模壓成型或車削加工制成的各種環(huán)形密封圈。模壓成型法生產效率高、節(jié)省材料，因此成本低，適宜于大批量生產。車削成型法雖然生產效率低，但產品尺寸精度高，適合于密封要求嚴格或小批量生產的場合。成型填料結構緊湊，密封性能好，品種規(guī)格齊全，適用范圍廣，因此在球閥上應用*普遍。

成型填料結構型式繁多，但用于球閥閥桿密封則以O形密封圈和V形密封圈為多。

1）O形密封圈

是一種常用的密封元件，它具有以下優(yōu)點：①密封部位結構簡單，易于安裝；②密封性能好；③運動時摩擦轉矩?。虎苊芊饧皽喜鄢叽缂簶藴驶?，選用和購買方便；⑤具有雙向密封性能，既可用于靜密封，也可用于動密封；⑥使用壽命長。因此，在球閥上得到廣泛應用，除作為填料函密封外，球閥用氣動裝置的活塞、活塞桿以及閥體中法蘭、彈性閥座等處也常用它作密封件。

O形密封圈屬于擠壓密封，因此，壓縮量大小將直接影響其密封性能和壽命。對于橡膠O形密封圈，預壓縮量一般為14%～15%。O形密封圈則靠預壓縮在密封面上產生初始接觸壓力而獲得預緊密封效果。工作時由于流體壓力的作用，促使密封圈進一步變形，加大密封面的接觸壓力，從而增強了密封效果。這就是O形密封圈的所謂自封作用（圖3-45）。O形密封固的缺點是啟動時摩擦轉矩大。

圖3-45 O形密封圈的自封作用

a）預壓縮狀態(tài)

b）工作狀態(tài)的自封作用，無滲漏條件為 Pm≥P

O形密封圈一般采用硬度為HS75～80的橡膠制造。對于強腐蝕性介質則采用氟橡膠或氟塑料制造，或在橡膠O形密封圈上用等離子噴涂法涂上一層氟塑料，也可以在橡膠O形密封圈外面包上一層帶缺口的聚四氟乙烯空心管，這樣既可以保持普通橡膠的良好彈性，又可以使它具有強的耐腐蝕性。

圖3-46 O形密封圈的安裝溝槽形式

O形密封圍的安裝溝槽根據使用工況及安裝位置，可作成各種型式。球閥用動密封多用圖3-46a所示的矩形槽；靜密封多采用圖3-46b所示的梯形槽。O形密封圈密封的孔與軸之公差配合可參照表3-2選取。O形密封圈的規(guī)格及溝槽尺寸可按GB1235-76《0形橡膠密封圈》的規(guī)定選取。

裝拆O形密封圈時，為避免表面損傷，在金屬件端部應有15～30°的導入角，其結構和尺寸可參見圖3-47和表3-3。

圖3-47 O形密封圈的安裝導入角

圖3-48 O形密封圈通過橫孔的倒角或倒圓

當O形密封圈通過橫孔時，應倒角或倒圓（圖3-48）；當通過螺紋或銳角時，應做一個薄壁套筒套著螺紋部分（圖3-49）；或者用布帶、薄膜塑料帶纏在螺紋部分。總之，安裝時，決不能損傷密封圈的工作表面，以免影響密封效果。

圖3-49 用薄壁套筒安裝O形密封圈

O形密封圈密封對與其相配的密封零件表面粗糙度要求較高。降低表面粗糙度的目的在于減小摩擦力，延長密封圈的使用壽命。但表面粗糙度也不能過低，否則除加工困難外，還會出現將潤滑油膜擦去的現象（當表面粗糙度低于RaO.05µm時），反而加大摩擦，在高速運轉下，會因摩擦生熱而加速密封圈的磨損。因此，對于靜密封零件，一般取Ra3.2µm和Ral.6µm；對于動密封零件，一般取RaO.8～0.2µm。

2）V型填料

圖3-50 V形填料的自密封作用

屬于唇形密封，在流體壓力作用下，具有自密封作用，即密封圈工作時，借流體壓力撐開密封唇而達到密封。一旦建立起初始密封，其密封比壓將隨著壓力的升高而增加，并保持其密封性能不變。這可用圖3-50所示比壓力分布圖加以說明：q_o為預緊產生的徑向比壓，q_p為流體壓力產生的徑向比壓力，q表示總的徑向比壓?？偟拿芊獗葔嚎杀硎緸椋簈=q_o+q_p。上式表明，不管流體壓力如何升高，總的密封比壓始終比流體壓力高，因而能保持其密封狀態(tài)。

對V型填料自密封的進一步要**在無預緊應力狀態(tài)下仍能保持其密封性能。它的實際意義是填料經長期使用后，由于變形和磨損使預緊力消失而改變了密封狀態(tài)。對于V型填料，在受流體壓力作用后，下填料將推動中填料起密封作用的唇部產生大于流體壓力的徑向比壓，使唇部能自動貼緊閥桿和填料箱內壁，當產生的徑向比壓足夠大時，就能達到良好的密封。因此，在使用過程中，V型填料不必像軟質填料那樣，要經常擰緊填料壓蓋。

試驗表明，V型填料的斷面形狀直接影響其密封效果。不同的斷面形狀，適用于不同的流體壓力，在實際使用中，一般設計成高、中、低壓三種型式，詳見表3-4。

聚四氟乙烯及填充聚四氟乙烯V型填料規(guī)格尺寸見JB1714-81～1716-81《閥門用聚四氟乙烯V型填料》。

V型填料一般成套使用，每套由上填料a）、中填料b）、下填料c）組成，其結構如表3-4所示。每套填料中，上填料和下填料各一只，中填料的數量根據工況條件及使用要求確定。一般說來，中填料的數量越多，密封性能越好，其使用壓力也越高，但摩擦阻力隨之增加。圖3-51為V型填料的使用個數與摩擦阻力及介質滲漏量的關系。在實際使用中，中填料一般都采用2～4只（圖3-51）。

圖3-51 V形填料中填料的使用個數與摩擦阻力和滲漏量的關系

a） 使用個數與摩擦阻力的關系

b） 使用個數與滲漏量的關系

1-壓力為21MPa時 2-壓力為0時

V型填料工作時，由于上填料與閥桿和填料箱相配合并起導向作用，所以要求有較高的尺寸精度，并且V型槽角度a₄應與中填料的a₃完全相吻合或稍小。下填料的夾角a₁應比中填料V型槽的角度a₂稍大，當壓緊和受力時能使中填料的唇部撐開，以增加密封性能。為使流體壓力能充分地作用到中填料的受壓面上以撐開密封環(huán)唇部，下填料與閥桿和填料箱側壁之間應具有c=0.25～O.4mm的間隙（如圖3-52所示）。對于聚四氟乙烯V型填料，由于易變形，在溫度和壓力較高的情況下，可能從徑向間隙C中擠出，因此，設計時C值盡可能選得小些，一般取0.1～O.15mm。

圖3-52 V型填料密封中的下填料

V型填料對閥桿表面的粗糙度要求較低，一般為Ra1.6～0.8µm。

V型填料雖然屬于自緊式密封，但實際上仍然采用機械壓緊，特別是低壓或真空場合。