天然氣和水傳輸?shù)娇列詨A和高溫蒸汽的應(yīng)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(chǎn)生摩擦力，這可能是在某些應(yīng)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(guān)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(qū)動，同時在介質(zhì)上保持有效的密封。 在動態(tài)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(shù)。 雖然其他系統(tǒng)變量和輸入也會影響摩擦，但它們更難以量化或修改。
減摩策略包括修改密封材料，配置和安裝程序以獲得低摩擦負載。不同的應(yīng)用有不同的允許泄漏率。有效地密封一個應(yīng)用可能需要石墨，而另一個可能需要基于PTFE的密封以減少摩擦。用戶還可以具有基于成本開發(fā)。對所有密封問題沒有單一的解決方案;這里討論的策略在概念上適用于大多數(shù)應(yīng)用程序，但它們需要在實現(xiàn)前驗證。每個應(yīng)用程序都將有一個最佳解決方案，考慮到當前可用的密封技術(shù)和策略。
壓縮密封用作阻止介質(zhì)從較高壓力系統(tǒng)移動到閥正在操作的較低壓力周圍環(huán)境的屏障。壓縮填料的密封機構(gòu)基于填料和動態(tài)密封表面之間的緊密配合。這種配合通過施加軸向壓縮而產(chǎn)生，該軸向壓縮引起填料抵靠密封表面1的徑向運動。圖1示出了軸向壓縮和徑向膨脹的動力學。
泄漏的大小由諸如介質(zhì)，壓力，結(jié)構(gòu)和安裝，軸偏擺和溫度的系統(tǒng)變量確定。這里的一個重要點是摩擦和密封是分開的，但是關(guān)于壓縮填充的相關(guān)問題。通常優(yōu)化的解決方案是這兩個因素的組合。假設(shè)地，可以通過不安裝任何密封來實現(xiàn)低摩擦;但結(jié)果將是泄漏的閥門。相反，通過將閥桿焊接到閥蓋上可以實現(xiàn)優(yōu)異的密封;但是閥不能被致動。實際上，操作人員立即控制排放的因素包括使用的填料環(huán)的類型和數(shù)量，正確的安裝和軸向負載。
在保持有效密封系統(tǒng)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(huán)的數(shù)量和更換填料材料。
1、減少填料組中的環(huán)數(shù)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(shù)施加的應(yīng)力僅影響最靠近兩個環(huán)。這些環(huán)提供大部分的密封效果;剩余的環(huán)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(huán)數(shù)量相關(guān)的實際測試數(shù)據(jù)。添加環(huán)增加了摩擦，但是這不是線性關(guān)系，并且取決于材料和結(jié)構(gòu)。移除環(huán)可能造成間隔和密封效果的潛在問題。可以通過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(shù)取決于應(yīng)用，應(yīng)由熟悉系統(tǒng)的人員確定。
2、將填料材料更換為具有較低摩擦系數(shù)（COF）的材料可減少摩擦。摩擦系數(shù)（μ）定量了包裝材料如何抵抗動態(tài)密封表面上的運動。然而，摩擦系數(shù)與COF不相同。摩擦因數(shù)是描述特定構(gòu)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(zhì)的COF。摩擦因數(shù)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(shù);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(shù)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。圖5示出了四環(huán)組3/8-in所需的致動力。 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(wǎng)格結(jié)構(gòu)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(huán)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(chǎn)品。
通常，通過將柔性石墨箔模成型為固體環(huán)，將石墨形成為密封產(chǎn)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(yōu)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(jié)構(gòu)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(zhì)相結(jié)合產(chǎn)生了有效的密封并減少了行進桿上的摩擦負載。 軟石墨環(huán)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(huán)，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(chǎn)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(chǎn)生的摩擦的標準測試方法，因此制造商開發(fā)自己的標準化測試以比較不同產(chǎn)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(shè)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(jié)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(huán)數(shù)）的動態(tài)相互作用產(chǎn)生。
還存在直接影響壓縮填料組產(chǎn)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(xiàn)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。