澳门银河娱乐网:密封技术第二章 填料密封ppt

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  第二章 填料密封 填料密封 在轴与壳体之间用弹、塑性材料或具有弹性结构的元件堵塞泄漏通道的密封装置。 软填料密封又叫压盖填料密封,俗称盘根。它是一种填塞环缝的压紧式密封,是世界上使用最早的一种密封装置,在中国已有上千年的历史。 软填料密封通常用作旋转或往复运动的元件与壳体之间环形空间的密封,如离心泵、转子泵、往复泵、搅拌机及反应釜的轴封,还有阀门的阀杆密封,管线膨胀节、换热器浮头及其它设备的密封。 能适应各种旋转运动、往复运动和螺旋运动的元件密封。 一、基本结构及密封原理 2.泄漏的途径 3.密封原理 良好的软填料密封即是“轴承效应”和“迷宫效应”的综合。 适当的压紧力使轴与填料之间保持必要的液体润滑膜,可减少摩擦磨损,提高使用寿命 。 压紧力过小,泄漏严重,而压紧力过大,则难以形成润滑液膜,密封面呈干摩擦状态,磨损严重。密封寿命将大大缩短。 因此如何控制合理的压紧力是保证软填料密封具有良好密封性的关键。 4.软填料密封的压力分布 填料的异常磨损 填料密封的受力状况很不合理。 另外,整个密封面较长,摩擦面积大,发热量大,摩擦功耗也大,如散热不良,则易加快填料和轴表面的磨损。因此,为了改善摩擦性能,使软填料密封有足够的使用寿命,则允许介质有一定的泄漏量,保证摩擦面上的冷却与润滑。 一般转轴用软填料密封的允许泄漏率如表2-1所示。 表2-1 一般转轴用软填料密封的允许泄漏率 5.轴作往复运动时填料径向受力状态 二、主要参数 (一)填料函的主要结构尺寸 填料函结构尺寸主要有填料厚度、填料总长度(或高度)、填料函总高度等 。 填料函尺寸确定一般有两种方法 1.查表法 以轴(或杆)的直径d按表 2-2直接选取填料的厚度B,见,再由介质压力按表 2-3 来确定填料的环数。 依据:有关的国家标准或者企业标准。 2.经验公式法 填料厚度B 机器 B=(1.5?2.5) 阀门 B=(1.4?2.0) 填料函内径D D=(d+2B) 填料函总高度H 机器 H=(6?8)B +h+2B 阀门 H=(5?8)B +2B 式中 h??封液环高度,h=(1.5?2)B。 填料函内壁的表面粗糙度Ra?1.6?m,轴(杆)的表面粗糙度Ra?0.4?m,除金属填料外,轴(杆)表面的硬度?180HBS。 需要强调:填料环数过多和填料厚度过大,都会使填料对轴或轴套表面产生过大的压紧力,并引起散热效果的降低,从而使密封面之间产生过大的摩擦和过高的温度,并且其作用力沿轴向的分布也会越不均匀,导致摩擦面特别是轴或轴套表面的不均匀磨损,同时填料也可能烧损,如果密封面间的润滑液膜也因此而被破坏,磨损就会随之加速,最后造成密封的过早失效,也会给后面的检修、安装、调整等工作带来很大的不便。 三、密封材料的选择 (二)常用软填料 1. 典型的软填料结构形式 2. 主要材料 有纤维质材料和非纤维质材料两大类 (1)纤维质材料 1)天然纤维 2)矿物纤维 3)合成纤维 ①聚四氟乙烯纤维 ②碳纤维 ③酚醛纤维 ④芳纶纤维 4)陶瓷和金属纤维 (2)非纤维质材 非纤维质材料中柔性石墨应用较广。 柔性石墨做成板材后模压成密封填料使用。柔性石墨又称膨胀石墨,它是把天然鳞片石墨中的杂质除去,再经强氧化混合酸处理后成为氧化石墨。氧化石墨受热分解放出CO2,体积急剧膨胀,变成了质地疏松、柔软而又有韧性的柔性石墨。 特点 : ①有优异的耐热性的耐寒性 ②有优异的耐化学腐蚀性 ③有良好的自润滑性 ④回弹率高 (三)软填料密封材料的选择 四、软填料密封存在的问题与改进 4. 偏摆或振动的影响 (二)改进措施 1.提高密封填料性能 (1)采用填料的组合使用 即采用不同种类密封填料分段混合配置。不同的填料其侧压系数和回弹性能不同,通过合理的选择不同的填料进行组合,可以极大地提高其密封效果。例如,对于柔性石墨由于其抗拉及抗剪切能力较低,所以一般将柔性石墨填料与石棉填料或碳纤维填料组合使用,这样既可防止柔性石墨填料被挤入轴隙,强烈磨损而引起介质泄漏,又可使填料径向压力分布均匀,增进密封效果。 实验表明,组合填料一般比各组分单一填料的密封性能好。同样填料的组合方式不同,工作寿命也不同。为得到最佳密封效果,填料组装应符合下列原则:组合填料各圈由压盖到密封箱底,填料的侧压系数有增大趋势,填料的摩擦系数依次减小,表示压力下降速度的填料综合系数呈减小趋势。 (2)对填料预压成型 (3)采用新型密封填料-泥状混合填料 泥状混合填料密封的特点是:无泄漏,密封可靠,对轴(或轴套)无磨损;安装简单,维修时可在线修复,降低了劳动强度;不需要冲洗和冷却;轴功率损耗小,只有普通软填料密封的22%左右。目前国内使用较多的泥状混合填料主要有SR900、CMS2000和BP720、BP920等,其相关参数见表2-8 。 2. 改进密封结构 ②双填料函分段式压紧结构 ③填料压盖自紧式结构 ④集装式结构 ⑤采用分级软填料密封结构 ⑥采用径向加载软填料密封结构 (2)自动补偿的软填料密封结构 设置补偿结构,目的是对填料的磨损进行及时的或自动的补偿;而且拆装、检修方便,以缩短因此而引起的停工时间。采用液压加载和弹簧加载可以自动补偿(如图c、d、e)。 (3)加强与改善散热、冷却和润滑 (4)采用浮动填料函的结构 图(a)、(b)分别为内圆和外圆可浮动的填料函结构,该结构适用于轴和壳体不同心或在转动时摆动、跳动较大的场合。结构中利用弹性或柔软性良好的材料(如橡胶)作过渡体,起吸振作用,使填料函或轴处于浮动状态,补偿壳体和轴的偏心。 五、软填料密封的安装、使用与保管 (2)填料函内表面与轴表面不应有划伤(特别是轴向划痕)和锈蚀,要求表面要光滑。 (3)填料环尺寸要与填料函和轴的尺寸相协调,对不符合规格的应考虑更换。 (4)切割后的填料环不能任意将其变形,安装时,将有切口的填料环轴向扭转从轴端套于轴上,并可用对剖开的轴套圆筒将其往轴后端推入,且其切口应错开。 (10)填料安装完后的试运转(主要指开启电机时)过程中,如果出现无泄漏现象,则说明压盖压的太紧,并不利于其以后的正常工作,应适当调松螺母。 (11)正式投入运行后,应该随时观察掌握其泄漏情况。一定时期内,对泄漏量增大的,可以通过对螺母的适当调节进行控制。但不宜拧的太紧,否则可能会产生烧轴的现象,而填料也会加速老化。 (12)轴的磨损、弯曲或是偏心严重是造成泄漏的主要原因。故应定期检查轴承是否损坏,并尽可能将填料函设在轴承不远处。轴的允许径向跳动量最好在0.03~0.08mm范围内(大轴径取大值),最大为 mm。 (13)转动机械,转子的不平衡量应在允许范围内,以免振动过大。 (14)封液环的两侧(包括外加注油孔的两侧)应装同硬度的填料。当介质不洁净时,应注意封液环处不得被堵塞。 (15)当从外部注入润滑油和对填料函进行冷却时,应保证油路、水路畅通。注入的压力只需略大于填料函内的压力即可。通常取其压差为0.05~0.1MPa。 第二节 硬填料密封 硬填料密封是依靠填料的弹性结构和流体压力作用,使密封环与轴紧密贴合,以达到节流阻漏的目的。 活塞环是活塞式压缩机和活塞式发动机中主要易损件之一。其用途是密封气缸工作表面和活塞之间的间隙,防止气体从压缩容积的一侧漏向另一侧。在活塞的往复运动中,它还在气缸内起着“布油”和“导热”的作用。 第三节 成型填料密封及油封 成型填料密封泛指用橡胶、塑料、皮革及软金属材料经模压或车削加工成型的环状密封圈。 类型: (1)按工作特性分为挤压型密封圈及唇型密封圈两大类。 (2)按材质分为橡胶类、塑料类、皮革类及软金属类,其中应用最广的是橡胶密封圈,约占50%左右,有“密封之王”之称。 1. 挤压型密封圈 (1)O形圈 (2)方形圈 其容易成型,装填不便,密封性较差,摩擦阻力比较大,常作为静密封件使用。 (4)三角形圈 在沟槽中的位置与D形圈相同,但摩擦阻力比较大,使用寿命短,一般只适合于特殊用途的密封。 (6)心形圈 其断面与O形圈的相似,但摩擦系数比O形圈的小,一般适宜用于低压旋转轴的密封件。 (8)角-O形圈 相当于三个O形圈叠加,有三个突起部分,外侧两突起部分较高,使其在沟槽中位置稳定且压缩率大,工作压力可以达到210MPa。 2. 唇型密封圈 (1)V形圈 是唇形密封的典型形式,也是唇形密封圈中应用最早和最广泛的一种。其优点是耐压和耐磨性好,可以根据压力大小,重叠使用,缺点是体积大、摩擦阻力大。一般用于液压、水压和气动等机器的往复部分,很少用于转动中或作静密封。工作压力,纯胶V形圈可达30MPa;夹布橡胶V形圈可达60MPa;工作温度达120℃。既可密封孔,又可密封轴。 (2)U形圈 类似于V形圈,一般单个使用即能密封。其特点是结构简单,摩擦力小,耐磨性高,但唇口容易翻转,需加支承环,也有纯胶和夹布胶环两种。工作压力,纯胶U形圈可达10MPa;夹布橡胶U形圈可达32MPa。它适用于低速水压、油压的往复动密封,最大工作速度不超过30?50mm/s。当超过此值时可采用两只密封圈,使每只圈的负荷降低,而且一个圈坏了,另一个还可续继工作,这就提高了密封的可靠性,延长了寿命。但采用两只圈摩擦力势必增大。缓慢旋转时也可以使用。可密封孔或轴。 (3)Y形圈 图 (c)中最上面的为等脚Y形圈(简称Y形圈),后两者为不等脚Y形圈(又称YX形圈,中间为轴用,最下面为孔用)。不等脚的Y形圈,其短脚与运动面接触可以减少摩擦力,长脚与静止面接触有较大的预压缩量,增加了摩擦力而不易窜动;而等脚Y形圈在沟槽内处于浮动状态。Y形圈的特点是使用中只要单个环就可以实现密封,可用于苛刻的工作条件。在压力波动很大时等脚Y形圈需用支承环,而不等脚Y形不需要用支承环。使用压力:丁腈橡胶圈在14MPa以下,若在14?30MPa下工作需要用支承环(挡环);聚氨酯橡胶圈在30MPa以下,若在30?70MPa下工作要加挡环。 (4)L形圈 常用于小直径的中低压气动或液动的往复运动(如活塞)密封。仅能密封孔。 (二)O形密封圈工作特性 但应该引起注意的是,随着压力的增大,O形圈的变形也随之增大,最后的可能就是把密封圈的一部分挤出到与其接触侧的间隙中去 。 (三)V形密封圈工作特性 油封即润滑油的密封,多用于润滑油系统中作为油泵的轴承密封。其功用是把油腔和外界隔离,对内封油,对外防尘。但它有时也可以用来密封水或其他弱腐蚀性介质和低压往复杆或摇动球面的密封件。油密实际上也是一种唇形密封,又称为旋转轴唇形密封圈,因与其他唇形密封相比,有其明显的特点,且品种规格繁多而另列为一类。 (一)油封的基本结构及工作原理 1.基本结构 油封的密封圈都是由各种合成橡胶制成。它主要由油封本体、加强用骨架6及自紧用弹簧3组成。油封本体各部位又分为底部5、腰部4、冠部2和唇口1。 2.工作原理 油封在自由状态下,其内径比轴径小,即具有一定的过盈量。当油封装到油封座和轴上以后,即使没有弹簧也有一定的径向力作用在轴上。为了保证密封的可靠性,减少或者弥补因轴在运转时产生的振动而造成的唇口与轴颈产生的局部间隙,在油封冠部的上方,加装一个弹簧。依靠弹簧对轴的抱紧力来克服轴在旋转状态下,因振摆、跳动所造成的间隙,使油封的唇口能始终紧贴于轴的表面。因此,油封能以较小的径向力获得良好的密封效果。 2.工作原理 油封的工作原理,目前比较普遍地认为是油封唇口与轴接触面之间存在着一层很薄的粘附油膜的结果。 (二)油封的特点、用途及类型 (二)油封的特点、用途及类型 (1)粘接结构 这种结构的特点在于橡胶部分和金属骨架可以分别加工制造,再用胶粘接在一起,成为外露骨架型。有制造简单,价格便宜等优点。美、日等国多采用此种结构。 (3)橡胶包骨架结构 它是把冲压好的金属骨架包在橡胶之中,成为内包骨架型。其制造工艺较为复杂一些,但刚度好,易装配,且钢板材料要求不高。 (5)J形圈 形同反L形,它也主要适用于中低压的气动或液动往复柱塞杆及旋转运动的密封,也可用为防尘密封件。仅能密封轴。 橡胶O形圈用作静密封元件时,密封圈受到沟槽的预压缩作用,产生弹性变形,这一变形能就转变为对于接触面的初始压力[图(a)],由此获得预密封效果。 当作用介质压力pi时,O形圈被压到沟槽的一侧,并改变其截面形状,密封面上的接触压力也相应变化[图(b)]。当其最大值pmax大于介质压力pi时,便能堵塞流体泄漏的通道,而起到密封作用。介质压力越高,O形圈的变形量越大,对于密封面的接触压力pmax也越大,这就是O形密封圈的所谓自紧作用。 假如此间隙足够大,那么在一定的静压力作用下,密封圈就可能因被挤出而破坏(亦称被咬伤或剪切断裂)从而产生密封失效,因此,沟槽间隙尺寸的合理设计至关重要。 重叠个数越多,泄漏量越小,但数量过多,泄漏量的降低并不显著,摩擦阻力反而急剧升高,因此,一般选为3?6个。因所有唇形密封圈都只有单向密封能力。故在双向压力中使用时(如双作用缸),须成对装填,分别以唇口朝向压力方向,切勿反装。 V形密封圈的受压面为唇口,在压力作用下,易与密封面紧密贴合。因此,较挤压型密封圈具有更强的自紧作用。 使用时可根据不同的工作压力,将几个V形密封圈重叠 二、油封 油封与其他唇状密封不同,因为它具有回弹能力更大的密封唇部,密封面接触宽度很窄(小于0.5mm),而且接触压力的分布图形呈尖角形。径向力大小并不是油封结构最佳设计方案的惟一因素。径向力分布应保证有“峰值”状态,且尖峰越锐,密封效果越好。最理想的情况应当是,尽量采用最小的径向力而得到最尖锐的“峰值”压力分布,以获得最佳的密封效果。 油膜的存在一方面起到密封流体介质的作用,另一方面还可以起到唇与轴之间的润滑作用。但是油封在使用过程中,由于油封唇的作用,轴表面及转动情况和密封介质性质的不同,以及三者的相互作用和相互配合条件是经常会发生变化的,所以在轴旋转的动态过程中,油膜的厚度也在不断变化,其变动量一般约在20%?50%之间。油膜过厚,容易泄漏;油膜过薄,则会导致干摩擦。 (6)运行调试 调试工作是必需的。其目的是调节填料的松紧程度。用手拧紧压盖螺栓后,起动泵,然后用扳手逐渐拧紧螺栓,一直到泄漏减小到最小的允许泄漏量为止;设备起动时,重新安装和新安装后的填料发生少量泄漏是允许的。设备起动后的1小时内需分步将压盖螺栓拧紧,直到其滴漏和发热减小到允许的程度,这样做目的是使填料能在以后长期运行工作中达到良好的密封性能。填料函的外壳温度不应急剧上升,一般比环境温度高30~40℃可认为合适,能保持稳定温度即认为可以。 3. 阀杆填料的安装 (1)检查和记录 阀杆填料安装时要检查阀杆直径、内孔直径和填料函深度,并作记录。填料的截面尺寸由阀的内孔直径和阀杆直径决定,即为内孔直径减去阀杆直径,再将其差值除以二就可得到。 (2)清理和切割 清理填料函和切割填料成环的方法与泵的填料安装步骤基本相同。 (3)安装和调试 将切割好的填料环按要求装填后,放下压盖,注意要使压盖下端与填料环端面接触,其它安装要求与泵的填料安装相同。 (二)软填料的合理使用 (1)根据相应的工况条件等主要因素,合理正确的设计填料函体的尺寸,并合理的选用填料及其型式。 (2)填料安装时,对相关零部件进行仔细的检查和清理,软填料切割时要根据填料室尺寸的要求来进行。 (3)特殊工况的密封,尽可能选用组合式填料。 (4)密封要求高的,除考虑使用组合式填料外,还可考虑使用新型密封结构形式。 (5)对于高压密封使用的软填料,必须经过预压成型,之后再装入填料函内。 (6)对蒸汽和热流体的阀门密封,特别推荐使用柔性石墨填料密封环。 (7)装完填料后,应对称地拧紧压盖螺栓,以避免填料歪斜。 (8)软硬填料混合安装时软填料应靠近压盖端,而硬填料放在填料室底部,而且软、硬交替放置为宜。 (9)在安装过程中,填料不能随意放置,以避免其表面受到灰尘、泥砂等污物的污染,因为这些污物一旦沾上填料,就很难清除,当随填料装入填料函后,将会使轴面产生剧烈的磨损。 (三)软填料的保管 (1)密封填料应存放在常温、通风的地方;防止日光直接照射,以避免老化变质。不得在有酸、碱等腐蚀性物品附近处存放,也不宜在高温辐射或低温潮湿环境中存放。 (2)在搬运和库存过程中,要注意防止砂、尘异物粘污密封填料。一旦粘附杂物要彻底清除,避免装配后损伤轴的表面,影响密封效果。 (3)对于核电站所用密封填料,除上述各点外,还要特别注意避免接触含有氯离子的物质。 硬填料密封 开口环 分瓣环 用于活塞式机器中称为活塞环 用于旋转机器中称为涨圈 圆周密封 可用作旋转动密封 又可用作往复动密封 一、活塞环 活塞式压缩机的工作过程模拟 (一)活塞环的结构形式和密封原理 活塞环是一个带开口的弹性圆环,如图2-14所示。在自由状态下,其外径大于气缸的直径,装入气缸后直径变小,仅在切口处留下一定的热膨胀间隙,靠环的弹力使其外圆面与气缸内壁贴合并产生予紧压力pk。 图2-27 活塞环 活塞环截面多为矩形,其开口的切口形式如图2-15所示。 图2-28 活塞环切口形式 活塞环的密封是依靠阻塞为主兼有节流来实现的。 气体从高压侧泄漏到低压侧有三条可能的通道。 图2-29 活塞环密封及泄漏通道 (1)经活塞环的开口间隙的泄漏。为了获得弹力,活塞环必须具有切口,而且装入气缸后还需留有一定热膨胀间隙,所以切口泄漏是不可避免的,并且是造成泄漏的主要通道。 (2)经环的两侧面与环槽两壁面交替紧贴的瞬时出现的间隙所造成的泄漏。 (3)活塞环外圆面与缸壁不能完全贴紧时的泄漏,当运转一段时间后产生径向磨损,活塞环弹性降低,就会产生大面积通道,引起更大的泄漏。 活环塞的密封原理 第一密封面的密封力主要是来自环背面的气体压力,但活塞环预弹力的作用是极其关键的,没有它,气体会大量从缝隙中泄漏,建立不起足够的气体背压。 当活塞两侧压力差较大时,可以采用多道活塞环使气体经多次阻塞、节流,以达到密封要求。 二、活塞杆填料密封 (一)平面填料 图2-36 三、六瓣平面填料 图2-37 三瓣斜口平面填料 1,2—三瓣斜口密封圈; 3—圆柱销;4—镯形弹簧 图2-38 活塞环式填料密封 1,2—内圈;3—外圈 (二)锥面填料 图2-39 锥面填料结构 1—支承环;2—压紧环;3—T形环;4—前锥环; 5—后锥环;6—轴向弹簧;7—圆柱销 一、成型填料密封 特点:结构简单紧凑,密封性能良好,品种规格多,工作参数范围广,是往复动密封及静密封的主要结构型式之一。部分成型填料也可作为旋转及螺旋运动密封件。 原理:依靠填料本身受到机械压紧力或同时受到介质压力的自紧作用下产生的弹塑性变形而堵塞流体泄漏通道的 。 与软填料密封的区别:不仅依靠密封圈预先被挤压因弹塑性变形而产生预紧力,同时在工作时介质压力也挤压密封圈,使之变形产生压紧力。即,成型填料密封属于自紧式密封。 (一)成型填料类型及适用范围 各种材质的挤压型密封圈中橡胶挤压型密封圈应用最广,类型最多。以其截面形状命名,有O形、方形、D形、三角形、T形、心形、X形、角-O形及多边形等 。 O形密封圈一般多用合成橡胶制成,是一种断面形状呈圆形的密封组件。 橡胶O形密封圈具有良好的密封性能,能在静止或运动条件下使用,可以单独使用即能密封双向流体;其结构简单,尺寸紧凑,拆装容易,对安装技术要求不高;在工作面上有磨损,高压下需要采用挡环或垫环,防止被挤出而损坏;O形密封圈工作时,在其内外径上、端面上或其他任意表面上均可形成密封。因此其适用工作参数范围广,工作压力在静止条件下可达400MPa或更高,运动条件下可达35MPa;工作温度约为?60?+200℃;线mm。 O形密封圈属于典型的挤压型结构形式,在各种挤压型密封结构中最简单,以它的应用最广。其在真空设备、液压及空压等系统的密封中得到广泛应用,也作为其他动密封(如机械密封、浮动环密封等)的重要辅助零件,还可作为容器法兰、管道法兰等接头部位的静密封件使用。 O形密封圈用作往复动密封,有起动摩擦阻力大,易产生扭曲的缺点,特别是在间隙不均匀、偏心度较大以及较高速度下使用时,更容易扭曲破坏。随着直径的增大,扭曲倾向也增加。因此O形圈只是在轻载工况或内部往复动密封中使用较为合理。 (3)D形圈 是为克服O形圈在沟槽内有滚动扭曲而改进的,工作时,其位置稳定,适用于变压力的场合。高压时要防止受到挤出破坏而引起密封失效。 (5)T形圈 其在沟槽中的位置与D形圈相同,耐振动,摩擦阻力小,采用5%的沟槽压缩率即能达到密封,一般用于中低压有振动的场合,高压时要防止被挤出破坏。 (7)X形圈 形似两个O形圈叠加,有两个突起部分,在沟槽中位置稳定,摩擦阻力小,采用1%的沟槽压缩率即达到密封,允许工作线速度较高。可用于旋转及往复运动而又要求摩擦阻力低的轴(或杆)的密封。 (9)多边形圈 其摩擦阻力比O形圈的小,泄漏量也比O形圈的低。工作压力可达到14MPa,在液压缸、气动缸的柱塞密封中经常使用。 唇型密封圈也有很多类型,通常有V形、U形、L形、J形、Y形等,在它们的截面轮廓中,都包含了一个或多个锐角形的带有腰部的所谓唇口。 橡胶也作为唇形密封圈的一种主要材料而使用广泛。为了提高橡胶唇形密封圈的耐压能力,也可在密封圈中增添纤维帘布,制成所谓的“夹布橡胶密封圈”。 (3)叠层填料 是在石棉或其它纤维编织的布上涂抹黏结剂,然后将一层层叠合或卷绕,加压硫化后制成填料,并在热油中浸渍过。最高使用温度可达120?130℃,密封性能良好。可用于120℃以下的低压蒸汽、水和氨液,主要用作往复泵和阀杆的密封,也可用于低速转轴轴封。当涂敷硬橡胶时,还可用于水压机的活塞杆。因它含润滑剂不足,所以在使用时必须另加润滑剂。 (4)模压填料 模压填料主要是将软填料材料经过一定形状的模压制成相应形状的填料环而使用。图2-7(g)所示为由柔性石墨带材一层层绕在芯模上然后压制而成,根据不同使用要求,将采用不同的压制压力。这种填料致密,不渗透,自润滑性好,有一定弹塑性,能耐较高的温度,使用范围广,但柔性石墨抗拉强度低,使用中应予注意。 首先应当指出的是,由于操作条件的复杂,特别是不存在能适应所有工艺条件的通用的填料类型,也就是说填料材料的选择是没有特定规律的,但材料的正确选用是保证密封装置密封性能的最基本条件之一。 通常软填料密封主要是根据介质的性质、工作温度和工作压力、滑动速度以及填料的性质来选择。其中尤以介质的腐蚀性、压力、滑动速度和使用温度最为重要,此外,取材难易与价格也应适当考虑。选择时可参考表2-6和表2-7。 (一)存在的问题 1.受力状态不良 2.散热、冷却能力不够 软填料密封中,滑动接触面较大,摩擦产生的热量较大,而散热时,热量需通过较厚的填料,且多数软填料的导热性能都较差。摩擦热不易传出,致使摩擦面温度升高,摩擦面间的液膜蒸发,形成干摩擦,磨损加剧,密封寿命会显著降低。 3.自动补偿能力较差 软填料磨损后,填料与轴杆、填料函内壁之间的间隙加大,而一般软填料密封结构无自动补偿压紧力的能力,随着间隙增大,泄漏量也逐渐增大。因此,须频繁拧紧压盖螺栓。 某些机器(如压缩机等)或设备(如反应釜等)在工作时,轴有较大的振动和偏摆,轴与旋转中心之间将会出现较大偏心。如图所示,若轴的中心与旋转中心不重合,偏心距为e,则轴与填料之最大间隙就为2e,最小间隙为零。间隙沿圆周的分布象月牙形。月牙形的间隙位置随着轴的转动而周期性变化,因此起到了类似容积泵的增压作用,这对密封是非常不利的。 填料预压成型就是对填料先以一定的压力进行预压缩,然后再装入填料函。填料在经过预压缩后,在相同的压盖压力下,抵抗介质压力的能力增强,变形减少,介质泄漏的阻力增大,密封效果明显改善。 填料经过预压缩后,与未经预压缩的相比,装入填料函后其径向压力分布比较均匀合理,密封效果提高。 预压缩的比压应高于介质压力,其值可取介质压力的1.2倍。预压后填料应及时装入填料腔中,以免填料恢复弹性。如果进行预压缩时,对填料施加的压力不同,靠近压盖的填料压力小,离压盖越远则预压缩压力越大,这样的填料装入填料函压紧后其径向压力分布更接近泄漏介质沿泄漏通道的压力分布,密封效果与寿命有很大改善。 泥状混合填料是一种新型的密封填料,它由纯合成纤维、高纯度石墨或高分子硅脂、聚四氟乙烯、有机密封剂进行混合,形成一种无规格限制的胶泥状物质。 在轴的运转过程中,泥状混合填料由于分子间吸引力极小,具有很强的可塑性,可以紧紧缠绕在轴上,并随轴同步旋转,形成一个“旋转层”;随着“旋转层”的直径逐步增大,轴对纤维的缠绕能力逐步减小,没有与轴缠绕的填料则与填料函保持相对静止,形成一个“不动层”,如上图所示。这样在泥状混合填料中间形成一个剪切分层面,而不是填料与轴之间。 (1)改进径向压紧力的结构 使填料沿填料函长度方向的径向压紧力分布尽可能均匀,并且与泄漏介质的压力分布趋势尽可能一致。其主要目的是减小轴和填料的磨损及其不均匀性,同时满足对密封的要求。可采取以下措施: ①采用变截面的阶梯式结构 从压盖起到底环处填料截面逐段缩小而径向压力逐渐增大接近介质压力分布。 如图(b)所示,两个填料函轴向叠加,澳门银河娱乐网。使后箱体底端兼作前箱体压盖,当填料环总数较多时,将其分段装入前后箱体内,使压紧力较为均匀,可适当提高其密封能力。 如图(c)所示,利用流体介质压力直接作用于填料压盖前端面上,以提高在介质端部的填料受的压紧力,也使压紧力沿轴向的分布更趋于合理,当介质压力增高时,这种作用将更强。 如图(d)所示,由一组软填料环装填在一个可以沿轴向移动的金属套筒之中,填料和套筒预紧力由压盖螺栓(螺母下有弹簧)进行调节。工作时由于介质压力作用在套筒底上,进一步压缩软填料,增加了套筒内底部软填料对轴的压紧作用,从而使径向压紧力的分布沿轴向与密封介质的压力分布相配合。 如图(e)所示,由软填料环、金属环、圆柱形弹簧交替安装组合而成。它通过弹簧分别调节各层填料环的压紧力,使之得到最佳的径向压紧力分布,同时,弹簧还可以对径向压紧力的松弛起到补偿作用。 如图(f)所示,此密封是通过油嘴将润滑脂挤入弹性套,从填料外围均匀加压,使填料沿轴方向的径向压紧力分布均匀。 (一)软填料的合理安装 1. 安装注意事项 填料的组合与安装是否正确对密封的效果和使用寿命影响很大。不正确的组合和安装主要是指:填料组合方式不当、切割填料的尺寸错误、填料装填方式不当、压盖螺栓预紧不够或不均匀或过度预紧等,往往造成同一设备、相同结构型式、相同填料,而出现密封效果悬殊很大的情况。很显然,这种不正确的安装是导致软填料密封发生过量泄漏和密封过早失效的主要原因之一。 安装时要注意以下几个方面的要求: (1)填料函端面内孔边要有一定的倒角。 (5)安装完后,用手适当拧紧压盖螺栓的螺母,之后用手盘动,以手感适度为宜,再进行调试运转并允许有少量泄漏,但随后应逐渐减少,如果泄漏量仍然较大,可再适当拧紧螺栓,但不能拧的过紧,以免烧轴。 (6)已经失效的填料密封,如果原因在填料,可采用更换或添加填料的办法来处理,使之正常运转。 2.泵用填料的安装 (1)清理填料函 (2)检查 同轴度及径向圆跳动测量 (3)切割密封填料 ①手工切割 ②工具切割 (4)对填料预压成型 (5)填料环的装填 图2-23 涂敷润滑脂 图2-24 填料环的装填 * 化学工业出版社 * 填料密封 软填料密封 硬填料密封 成型填料密封 油封 第一节 软填料密封 软填料密封结构简单、成本低廉、拆装方便,故至今仍应用较广,特别是近年来出现了一些新结构和新材料,又有了新的发展。 它最早是以棉、麻等纤维填塞在泄漏通道内来阻止液体泄漏,主要用作提水机械的密封。国外迟至1782年才使用填料,当时作为蒸汽机的轴封来密封压力为0.05MPa的蒸汽。 1.基本结构 无封液环 有封液环 4. 轴封装置 软填料是在变形时依靠合适的径向力紧贴轴和填料函内壁表面,以保证可靠的密封。 A:流体穿透纤维材料编织的软填料本身的缝隙而出现渗漏 B:流体通过软填料与填料函内壁之间的缝隙而泄漏 C:流体通过软填料与运动的轴(转动或往复)之间的缝隙而泄漏 (1)迷宫效应 由于加工等原因,轴表面总有些粗糙度,其与填料只能是部分贴合,而部分未接触,这就形成了无数个不规则的微小迷宫。当有一定压力的流体介质通过轴表面时,将被多次引起节流降压作用,这就是所谓的“迷宫效应”,正是凭借这种效应,使流体沿轴向流动受阻而达到密封。 (2)轴承效应 填料与轴表面的贴合、摩擦,也类似滑动轴承,故应有足够的液体进行润滑,以保证密封有一定的寿命,即所谓的“轴承效应” 。 由外端(压盖)向内端,先是急剧递减后趋平缓 由内端逐渐向外端递减 填料径向压力的分布与介质压力的分布恰恰相反,内端介质压力最大,应给予较大的密封力,而此时填料的径向压紧力恰是最小,故压紧力没有很好的发挥作用。 实际应用中,为了获得密封性能,往往增加填料的压紧力,亦即在靠近压盖端的2?3圈填料处使径向压力最大,当然摩擦力也增大,这就导致填料和轴产生异常磨损。 正常运行 20 16 10 8 60 58 30 24 起动30min内 60 50 40 25 轴径/mm 允许泄漏率/(ml/min) 转速3600r/min,介质压力0.1?0.5MPa 由受力分析可知,对于往复运动的密封,要求填料组织致密或进行预压缩,以提高密封性能。 (二)压紧载荷与压盖螺栓尺寸 1. 填料的压紧载荷确定 图2-6 填料受力分析图 2. 压盖螺栓尺寸的确定 首先要确定螺栓的载荷F,即取F ?、F ?中的较大者,则压盖螺栓的螺纹根径db (一)对软填料密封材料的要求 (1)有较好的弹性和塑性。 (2)有一定的强度,使填料不至于在未磨损前先损坏。 (3)化学稳定性高。 (4)不渗透性好。 (5)导热性能好,易于迅速散热,且当摩擦发热后能承受一定的高温。 (6)自润滑性好,耐磨损,并且摩擦系数低。 (7)填料制造工艺简单,装填方便,价格低廉。 (1)绞合填料 绞合填料是把几股纤维绞合在一起,将其填塞在填料腔内用压盖压紧,即可起密封作用,常用于低压蒸汽阀门,很少用于转轴或往复杆的密封。用各种金属箔卷成束再绞合的填料,涂以石墨,可用于高压、高温阀门。若与其它填料组合,也可用于动密封。 (2)编织填料 编织填料是软填料密封采用的主要形式,它是将填料材料进行必要的加工而成丝或线状,然后在专门的编织机上按需要的方式进行编结而成,有发瓣编织、套层编织、穿心编织、夹心编织等。 聚四氟乙烯纤维编织 柔性石墨穿心编织填料 黑白四氟编织填料 含油白四氟编织填料

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