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的軸向尺寸進行壓縮，而使其徑向尺寸方向上發生膨脹變形，從而在密封面上產生了膨脹變形力，進而實現密封。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償能力。正是因為這一點，如果在密封實現過程中，柔性石墨環的位置發生變動，就會引起密封面上發生泄漏。這就是閥桿填料的位置要設計成壓力可調結構的原因所在，如圖1所示。

　　圖1 典型的閥桿填料壓力可調結構

　　該結構是依靠調節螺栓產生的閥桿軸向壓力，使柔性石墨膨脹變形，以使柔性石墨環和填料涵之間，柔性石墨環和閥桿之間產生膨脹變現力而密封。當發生泄漏時，需繼續向下調節螺栓，以使柔性石墨環獲得使密封面重新獲得密封的膨脹力。

2 硬密封球閥產生內漏的原因

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的。但是如果要靠柔性石墨的變形來實現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密封，并且可以重復加壓的場合，比如閥門的閥桿填料等。這也是很多硬密封球閥產生內漏的主要原因所在。

盡管固定球閥的球體是固定的，開、關閥門時，球體繞軸線原地轉動，但是在球體的轉動過程中，部分閥座會出現懸空的現象(如圖2所示)。

　　圖2 硬密封固定球閥開、關過程示意圖

　　加之閥座彈簧對閥座產生的推力以及閥座安裝間隙的存在，在開啟或關閉閥門的過程當中，就會導致閥座產生搖動。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的晃動，這樣就會破壞柔性石墨環和閥體間的靜態密封副，進而產生泄漏。

因此，把硬密封固定球閥的閥座和閥體之間的密封，設計成這種依靠柔性石墨的膨脹力提供密封的靜態密封形式，是相當錯誤的，它直接影響閥門的密封能力和使用壽命。如果把此處的靜態的密封改為動態的密封就能改變這種狀況。

3 動態密封設計

3.1 設計思路

硬密封固定球閥閥座的增強柔性石墨環的動態密封是指依靠閥門內部的介質壓力作用于它，并引起它的各個密封面上的接觸應力均能夠大于閥門內部的介質壓力，從而實現可靠密封的一種形式。如果說前面講的靜態密封是一種被動密封的形式的話，那么可以把這種動態密封的形式稱為主動密封。

在這里，以字母代表關鍵結構的數值，并推導出增強柔性石墨環動態密封實現的條件。在閥門工作過程中，要研究增強柔性石墨環的關鍵密封面如圖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力，只要密封面1和密封面2上的接觸應力均大于閥門介質的工作壓力，那么，介質就不能穿過密封面1和密封面2，從而實現有效的密封。這兩個密封面上的接觸應力會隨著閥門介質壓力的變化而變化，但接觸應力始終大于閥門的介質壓力。在閥門的設計工作壓力范圍之內，它不會由于介質工作壓力的波動而造成泄漏。因此，可以把它看作是動態的、主動的密封形式。

　　圖3 增強柔性石墨環的有效密封面示意圖

　　通過合理的增強柔性石墨環的結構設計，可以使它的密封形態發生質的變化。不僅可以用它來實現傳統意義上的靜態密封方式，也可以用實現可靠的動態密封方式，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，性能良好的增強柔性石墨環不僅可以應用于高溫的工況，也可以應用于高溫且高壓的工況