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本文介绍了实现阀杆密封的各种方法，帮助***终用户选择适合其应用的阀杆密封形式。
什么是阀杆密封？
调节阀和关断阀通常为两种类型之一：直行程式或旋转式。直行程式阀门具有从阀体伸出的阀杆，阀杆上升和下降以驱动阀门开启和关闭。旋转阀有一个阀杆，它与旋塞、阀板或阀球相连。当阀杆转动时打开和关闭阀门。在这两种设计中，阀杆都在阀体中运动，并且能够相对低摩擦地运动，同时也会接触工艺介质。
图1 典型的阀杆泄漏
阀杆密封必须实现两个相互矛盾的目标。首先，它们必须完全满足阀杆的严密密封，并减少(理想情况下是消除)工艺过程中的任何逸散性外漏。其次，必须同时允许阀杆自由运动并持续严密密封，即使阀杆循环运行数千次.
测量阀杆密封性能
衡量阀杆泄漏的三个主要工业标准是TA Luft、FCI 91-1和ISO 15848。但是，每种标准的测试性能和测试方法差别很大。
TA Luft是***早的标准，提供泄漏率标准，但没有规定测试参数分级的详细信息。
FCI 91-1与EPA的LDAR程序更为一致，并使用EPA方法21“嗅探”阀门填料并确定泄漏率(图2)。该标准提供了阀门测试的方法，并根据阀门动作规定次数的机械和热循环后的阀杆泄漏率提供了各种分级额定值。
ISO 15848涉及面更广，根据机械循环、热循环和阀杆尺寸的调节阀和关断阀的几种泄漏率进行分级。它允许使用氦气或甲烷进行测试，并规定了***测量泄漏的具体方法。
图2 Fisher GX系列调节阀正在接受根据EPA Method 21的“嗅探”测试，以确定在规定次数的机械和热循环后的逸散性泄漏率。
在进行阀杆密封性能比较时，首先要确定采用哪个标准进行阀门测试，这一点非常重要。
如果阀门机械循环次数较少，则相对容易达到非常低的泄漏率。当阀门在承受热循环的同时进行数千次机械循环时，要实现和保持非常低的泄漏率就困难得多。
填料密封阀杆
大多数阀门使用PTFE或石墨密封环，提供阀杆密封(图3左图)。通过填料压盖、填料压盖法兰和螺栓的组合对密封环进行压缩，将填料环向下推挤压到阀杆上。这种设计允许阀杆运动，同时防止工艺介质溢出。
图3 左图所示为带标准填料的直行程调节阀，采用更先进的填料设计，如右侧所示的Fisher ENVIRO-SEAL?，此结构采用压缩碟形弹簧来保持填料环上的恒定压力。
为了达到和保持阀杆的低泄漏，填料应该采用“活载荷”以保持作用在密封环上的压力恒定，如图3右侧所示的Fisher ENVIRO-SEAL?填料，此结构采用压缩碟形弹簧来保持填料环上的恒定压力，从而保证填料密封环即使在经过阀杆运动磨损后的密封性。但是增加的压力往往会限制阀门的运动，因此必须仔细选择密封材料和阀杆光洁度。
波纹管密封阀杆
另一种选择是波纹管密封阀。波纹管密封利用阀杆周围的焊接或机械形成的金属屏障，此金属屏障像手风琴一样可以压缩和拉伸(图4)。这种波纹管式的金属密封可实现零泄漏。
图4 波纹管密封设计通常采用焊接叶片设计(详图左侧和中间图)或机械成型设计(右侧)。成型设计比焊接叶片设计能承受更多的循环，但通常比焊接叶片设计长三倍左右。
波纹管密封使用焊接叶片波纹管密封(图4左侧和中间)或成型波纹管(图4右侧)。焊接叶片波纹管采用一叠垫圈状薄板焊接而成，在给定长度上可提供许多折叠。成型波纹管使用一个扁平的金属板成型并焊接成一个机械固定的管。焊接叶片设计的长度通常是成型波纹管的三分之一，但成型波纹管通常寿命更长。
填料密封vs波纹管密封阀杆
每一种阀杆密封方法都有其优缺点，理想的是根据实际应用选择合适的阀杆密封。标准或环保填料的成本通常要低得多，并且有多种阀门填料材料和设计结构形式，以适应大多数应用。也可以在不拆卸阀门的情况下调整和更换阀门填料。填料的缺点是不能实现零泄漏，小的泄漏问题可以通过拧紧填料压盖螺母来解决，但在某些情况下，必须更换填料。
波纹管设计的***大优点是能够提供零泄漏，这对于有毒工况是非常重要的。然而，波纹管密封的使用寿命取决于波纹管的层数和行程的长度，因此在某些情况下，波纹管密封会失效。虽然这种故障更容易预测，但维修需要完全拆卸阀门，因此波纹管密封的总拥有成本要高得多。
阀杆密封的正确选择是阀门规范过程中的一个重要组成部分。如果选择得当，该设计可提供可靠的长期性能，从而显著减少环境排放、产品损失和维护成本。
设计选项的选择非常多，建议***终用户与阀门供应商讨论，以确定理想密封设计、结构材料和其他具体应用细节。
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