2.9 填料的初步設計

填料密封是用填料堵塞泄漏通道，阻止泄漏的一種古老密封型式。填料密封主要用于動密封，也可用于靜密封。它廣泛應用于泵、壓縮機、制冷機、攪拌機及各種閥門、閥桿的旋轉密封。填料函結構設計的合理與否直接關系到產品的使用性能。

2.9.1 填料的常規設計

壓緊填料的力（N）按式（2-55）計算：

　　（2-55）

式中 —公稱壓力，MPa；

—填料最大軸向比壓系數；

—閥桿直徑，mm；

—填料壓蓋直徑，mm。

1斷面彎矩M1(N·mm)按式（2-56）計算：

　　（2-56）

式中 —填料壓蓋兩螺栓間的距離，mm；

—壓緊填料的力，N；

—填料壓蓋直徑，mm。

帶孔式填料壓蓋斷面的斷面系數W1(mm3)按式（2-57）計算：

　　（2-57）

式中 D —填料壓蓋直徑，mm；

A —填料壓蓋兩螺栓間的距離，mm；

r —填料壓蓋螺孔半徑，mm；

b —填料壓蓋厚度，mm。

開口式填料壓蓋斷面的斷面系數W1(mm3)按式（2-58）計算：

　　（2-58）

斷面的彎曲應力(MPa)按式（2-59）計算：

　　（2-59）

式中 —1斷面彎矩，N·mm；

—填料壓蓋斷面的斷面系數。

截面彎矩M2(N·mm)按式（2-60）計算：

　　（2-60）

式中 —填料壓蓋直徑，mm；

—壓緊填料的力，N；

—閥桿直徑，mm。

2斷面中性軸到填料壓蓋上端面的距離Y2(mm)按式（2-61）計算：

　　（2-61）

式中 —填料高度，mm。

2斷面中性軸的慣性矩I2(mm4)按式（2-62）計算：

　　（2-62）

2斷面的斷面系數W2按式（2-63）計算：

　　（2-63）

式中 —2斷面中性軸的慣性矩，mm4；

—2斷面的斷面系數；

—截面彎矩，N·mm。

　　（2-64）

式中 —2斷面中性軸的慣性矩，mm4；

—2斷面中性軸到填料壓蓋上端面的距離，mm；

—填料高度，mm。

2斷面的彎曲應力（MPa）按式（2-65）計算：

　　（2-65）

式中 —截面彎矩，N·mm；

—2斷面的斷面系數。

3斷面彎矩（N·mm）按式（2-66）計算：

　　（2-66）

（開口式填料壓蓋）

　　（2-67）

（帶孔式填料壓蓋）

　　（2-68）

3斷面的斷面系數按式（2-69）計算：

　　（2-69）

3斷面的彎曲應力（MPa）按式（2-70）計算：

　　（2-70）

式中 —3斷面彎矩，N·mm；

—3斷面的斷面系數。

2.9.2 LNG蝶閥填料的選材

柔性石墨填料 —柔性石墨填料在閥門中的應用較為廣泛，有如下優良性能：

① 獨特的柔韌性以及回彈性，制作切口填料可以自由沿軸向彎曲90°以上，使用中不會因溫度壓力變化，震動等因素而引起泄漏，因而安全可靠，是理想的密封材料。

② 耐溫性能好。低溫可應用于-200℃，在高溫氧化性介質中可用到500℃，在非氧化性介質可應用到2000℃，并能保持優良的密封性。

③ 耐腐蝕性強。對酸、堿類、有機溶劑、有機氣體及蒸汽均有良好的耐腐蝕性。不老化，不變質，除強氧化性介質（硝酸）、發煙硫酸、鉻酸、鹵素等外，能耐一切介質的腐蝕。

④ 摩擦系數低，自潤性良好。

⑤ 對氣體及液體具有優良的不滲透性。

⑥ 使用壽命長，可反復使用。

柔性石墨在石油、化工、發電、化肥、醫藥、造紙、機械、冶金、宇航和原子能等工業中得到廣泛的應用，柔性石墨填料一般可壓制成型。適用公稱壓力≤32MPa。

2.9.3 LNG蝶閥填料的結構

LNG超低溫蝶閥填料結構簡圖如圖2-8所示。

2.9.4 填料強度校核設計條件

工作介質：液化天然氣；

設計壓力：4.6MPa；

設計流量：3200m3/d

設計溫度：-162℃；

填料最大軸向比壓系數Φ：3.02；

填料直徑df：75mm；

填料壓蓋D：125mm；

填料壓蓋D1：80mm；

填料壓蓋D2：115mm；

填料壓蓋d1（帶孔式）：82mm；

填料壓蓋d0（帶孔式）：22mm；

填料壓蓋A：150mm；

填料壓蓋H：43mm

填料壓蓋h1：5mm；

填料壓蓋h2：35mm；

填料壓蓋h3：37.77mm；

填料壓蓋b：12.5mm；

填料壓蓋r：5mm。

2.9.5 填料強度校核計算

設計壓力pN=4.6MPa，填料壓蓋D=125mm，填料最大軸向比壓系數Φ=3.02，填料直徑df=75mm代入式（2-55），故壓緊填料的力為：

填料壓蓋D=125mm，壓緊填料的力，填料壓蓋A=150mm代入式（2-56），則1斷面彎矩為：

將填料壓蓋r=55mm，填料壓蓋D=125mm，填料壓蓋b=12.5mm，填料壓蓋A=150mm代入式（2-57），則帶孔式填料壓蓋斷面的斷面系數為：

將帶孔式填料壓蓋斷面的斷面系數；1斷面彎矩代入式（2-59），則斷面的彎曲應力為：

將壓緊填料的力，填料壓蓋A=150mm，填料壓蓋D=125mm，填料直徑df=75mm代入式（2-60），則2截面彎矩為：

將填料壓蓋H=43mm，填料壓蓋b=12.5mm，填料壓蓋D=125mm，填料壓蓋D1=80mm，填料壓蓋D2=115mm，填料直徑df=75mm代入式（2-61），則2斷面中性軸到填料壓蓋上端面的距離為：

填料壓蓋H=43mm，填料壓蓋b=12.5mm，填料壓蓋D=125mm，填料壓蓋D1=80m，填料壓蓋D2=115m，填料直徑df=75mm，2斷面中性軸到填料壓蓋上端面的距離Y2=0.93mm代入式（2-62），則2斷面中性軸的螺性距I2為：

將2斷面中性軸的慣性距，2截面彎矩代入式（2-64），則2斷面的斷面系數為：

將填料壓蓋2斷面的斷面系數，2截面彎矩代入式（2-65），則2斷面的彎曲應力為：

將填料壓蓋A=150mm，填料壓蓋D=125mm，壓緊填料的力，填料直徑df=75 mm代入式（2-66），則3斷面彎矩為：

將填料壓蓋A=150mm，填料壓蓋D=125mm，填料壓蓋r=55mm，填料直徑df=75mm代入式（2-68），則3端面的長度為：

填料壓蓋b=12.5mm，3端面的長度，填料壓蓋H=43mm代入式（2-69），則3斷面的斷面系數為：

將填料壓蓋2斷面的斷面系數，2截面彎矩代入式（2-70），則3斷面的彎曲應力為：

填蓋壓板的許用應力查表可得，，故合格。