球阀的
填料密封结构（图1）通常由带凸台的
阀杆、环形凸缘的阀体孔、填料、弹簧垫圈、螺母及顶压螺母等组成。当旋紧螺母时，压缩弹簧垫圈.并带动阀杆向上移动。在阀杆凸台与垫片及阀体孔环形凸缘的共同作用下，挤压上下填料。此时填料压缩， 轴向压缩量为δ。
温度下降时填料收缩，阀杆亦收缩。当填料收缩超过填料回弹极限，填料与阀杆凸台和阀体孔端面将失去压紧力，端面密封失效。如果填料收缩后仍在回弹范围，填料仍受压缩，但δ减小，压紧力也减小。当单位压紧力仍大于1~2倍管线介质压力，介质就不会泄漏。控制填料低温的单位压紧力，是低温密封的关键。填料低温单位压紧力（由于填料与接触件已预压紧，可认为是应力）计算式为
Δb
1+Δb
2=δ-btα′-b"tα" （1）
N
m=N
n 式中b--填料常温自由厚度，mm
Δb
1--填料低温条件变量，mm
Δb
2--阎杆低温条件变量，mm
δ--常温装配时填料压缩量，mm
α′--填料冷缩系数
α"--阀杆冷缩系数
t--温度下降量，℃
b"--填料压缩后厚度，mm
b"=b-δ
N
m--填料收缩及弛张后低温时的轴向张力，MPa
N
n--阀杆低温时的轴向张力，MPa
E
m--填料低温压缩弹性系数
E
n--阀杆低温压缩弹性系数
F
m--填料低温截面积，mm
2 F
n--阀杆低温截面积，mm
2 
（2）
因α"很小，故b"tα可忽略。式（2）
得
当δ≥P~2P（介质压力）则可实现端面密封。聚四氟乙烯E
m=400~450MPa，柔性石墨E
m=150~2O0MPa，2Cr13的E
n=2.1×10
4MPa。
填料轴向压缩后产生径向弹性变形，由此产生的径向力阻挡了管线介质的泄漏压力。管线介质泄漏压力从介质源头起.在阀杆轴向沿程一般呈抛物线或对数曲线减弱。单一填料在阀杆上的轴向力，从压紧作用点起亦呈指数规律减小，其横向变形亦相应减小。因此填料在阀杆轴向力作用点始，沿程任何一处的压缩产生的单位径向力，必须大于介质措程任何一处的单位泄漏压力（选取最大值），才能可靠
控制阀杆轴向和阀体孔轴向表面泄漏。由于阀体孔和阀杆的轴向压紧填料的力与介质泄漏压力为同方向，所以低温时压紧力处处大于泄漏压力（曲线上对应值）就可保证密封。如果曲线上压紧应力在某处小于该处泄漏单位压力。则找出该处断面进行计算。计算时，由于阀杆系金属，直径也相对较小，收缩系数也小，可认为阀杆直径尺寸不受温度影响变化。因此只计算填料在温度变化后弹性变形及产生的径向应力即可，对于单一填料
式中ε--低温时填料轴向压缩应变量，mm
ε″--低温时填辩径向压缩应变量，
μ--填料在低温工况时的波桑系数
σ--填料在低温工况时的阀杆轴向应力，MPa
σ
1--填料在低温工况时的阀杆径向应力，MPa
σ
1≥P可实现径向密封（未考虑摩擦系数的影响）。对于多种填辩间隔叠合排列，其密封效果和寿命有所提高，其径向力可根据上述公式，对不同填料结构乘以其修正系数后求出。
一、温度波动工况的填料密封结构
在温度波动工况。填料使用柔性石墨与聚四氟乙烯重叠的密封结构（图2）。用聚四氟乙烯包覆柔性石墨（聚四氟乙烯较薄，柔性石墨较厚，仍可认为是单一填料）。聚四氟乙烯具有优良的不透气性及不渗水性，强度较大。缺点是收缩系数大，回弹性差。柔性石墨的优点是收缩系数小. 回弹性好。缺点是强度差，有微孔。
复合填料可以克服其单一填料存在的不足。在温度下降时，柔性石墨收缩很小， 压缩后，轴向和径向回弹性很大，可以保证在轴向压缩后仍有很大的轴向及径向回弹力，对泄漏介质可具有很大比压，达到可靠密封。柔性石墨由于强度小，同时由于它有微孔隙，长时间密封后有微泄漏。在外层包覆聚四氟乙烯，其强度太，可承受较大压力，同时具有不透气和不渗水特点，它们的叠合密封，可以长时间使液体和气体不泄漏。这种结构可提高填料在深冷、高温及常温工况下的密封性。
为防止温度上下波动造成柔性石墨等软填料挤入阀杆孔中，在阀杆孔与填料间装有内弧形挡圈，半包住填料，使填料不能挤入阀体孔内，同时也减小了填料与阀杆的摩擦表面积。为保证温度波动中填料密封，还必需使用胀缩系数较小的阀杆金届材料和注意阀杆表面粗糙度，防止温度波动中密封副的磨损和破坏。还要注意螺母的自锁性，才可长期顶紧弹簧垫圈，压紧填料。
在填料回弹范围，尽量使用大压缩量。这样在温度下降和应力松弛等条件下，填料收缩时仍对填料有足够的压紧力，密封更可靠。为了减小温度下降的收缩量和温度上升可能对填料的破坏，选择15~20℃条件装配较好。此外常规的内外端面双重密封结构对温度波动中密封有积极效果。内端填料若不能保证轴径向密封，阀杆孔外端填料应起辅助密封作用。另外，使用多类不同填料叠合并间隔排列，是利用凹凸环形间隔排列的原理，使液体和气体在阀杆轴向泄漏的介质经凹凸环槽间多次膨胀，从而多次减压达到更可靠的密封。由于各种不同填料波桑系数不同，填料对阀杆的侧压力正如凹凸环槽一样有太有小，使液体和气体沿轴向在压力小时膨胀和减压，多次循环，达到可靠密封。
二、测试
试验样品采用外径Φ16mm，内径Φ10mm，总厚度9mm（聚四氟乙烯厚lmm，柔性石墨厚δmm），阀杆Φ10mm（材料为2Cr13），粗糙度R
a0.2μm，装配温度18℃ 。气体试验压力0.6MPa，试验温度-50℃，在
调节阀标准规定开关15000次后，进行泄漏测试（阀杆连接在小电机轴上，模拟开关转速4cm/s），按SH3064-94规定的最长保压时间，保压>4min，预紧压力2MPa。测试结果如表1。
表1 填料测试结果
| 填料名称 |
压缩量 |
漏 |
不漏 |
| 氟乙烯 |
0.1 |
√ |
|
| |
0.15 |
√ |
|
| |
0.20 |
√ |
|
| |
0.25 |
|
√ |
| |
0.44 |
|
√ |
| 氟柔叠合 |
上述值 |
|
√ |
