前一篇文章分析了，在不改變現場開關球閥填料函結構和閥桿的前提下，結合現場維修經驗，對填料結構進行調整?，F場該類問題閥門均采用 PTFE 填料，摩擦系數小，對各種化學介質、酸、堿等流體都有很好的密封性和適用性。按照填料密封時的壓力分布理論得知：填料壓蓋在施加給填料預緊力的過程中，真正起到密封力的只有最上面的1～2層填料，因為層填料在受到壓蓋的預緊力后產生軸向變形，填料在預緊力作用下再發生徑向變形，填料與閥桿及與填料函內壁發生擠壓而變形，最終填料與閥桿及填料函內壁形成密封，預緊力在填料密封過程中逐層消耗不斷地減小，最下面的填料受力越少，變形越小，同時密封性也就越差。閥門填料的壓力分布如圖2所示[5]。
真正起到密封的，只有填料函上部的1～3層填料[6]。尤其是 PTFE 軟填料密封，進入密封間隙的介質壓力根據介質種類和壓力大小的不同，呈現拋物線或對數曲線規律分布，介質壓力處，填料的徑向壓力最小，為了使底層填料的密封比壓等于或超過介質壓力而提升密封性，目前可以通過增加填料壓蓋的壓緊力或針對填料做出結構調整，使其徑向密封力提升[7]。現場采用填料結構調整措施，將原有的 V 型填料底部修改為 U型填料后，在填料壓蓋的預緊力作用下，進一步釋放了填料的變形能力，提高填料的徑向密封壓力。改進前后的填料型式對比如圖3所示。
根據填料密封時的壓力分布理論和 U 型填料的性能測試，得出填料的徑向壓力，即主密封壓力[8]計算如式(1)～式(2)所示：
式中：pr———填料徑向壓力，MPa;p0———填料壓蓋處壓力，MPa;d1———閥桿直徑，m;d0———填料函孔徑，m;S———填料函深度，m;μ1———填料與閥桿間的動摩擦系數，取值為0.04[8];μ2———填料與壓蓋間的靜摩擦系數，取值為1;pi———介質的壓力，MPa;K———填料的柔軟性系數，取值為0.6[8]; μUC———填料與軸表面，填料與填料腔內壁的摩擦系數，取值為0.04;h———填料的厚度，外徑-內徑后的尺寸，m，取值為0.006m。
由(2)式可知，壓蓋的預緊力與介質的壓力成正比，同時，當K 值越小，接觸寬度越大，以及h 很小時，壓蓋的預緊力就越大。以實際工況參數為例，介質表壓壓力為0.7MPa，閥桿直徑為32mm，填料函孔徑為39mm，代入式(1)和式(2)計算，得到填料與閥桿及填料函的徑向密封力為p0 =1.0148Mpa，p1 =7.888MPa。
經過填料密封力的核算，填料的徑向密封力遠大于介質的內壓力，而且徑向密封壓力遠小于PTFE無滑動摩擦的許用比壓17.5MPa和有滑動摩擦的許用比壓8.75 MPa[9]，更小于閥體材料WCB的屈服強度250MPa[10]，按照上述分析和計算的結果，將出現外漏問題的開關球閥填料做結構調整，全部更換為 U 型結構的PTFE填料。
考慮到開關球閥在使用過程中由于填料磨損或應力松弛等因素，容易造成填料密封比壓的下降，引起填料函處介質的外漏，因此在填料壓蓋下方增加了的預緊措施[11]，既保證了填料足夠的預緊力，又有效地增加了密封比壓，降低了現場儀表人員對填料位置的維護量，確保填料函密封可靠。碟簧安裝如圖4所示。采用 U 型填料后，經過一年多的安全運行，后續再沒有出現填料函外漏的問題，該方案的實施有效解決了開關球閥介質外漏的問題，滿足了實際工況的需求。
參考文獻：
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