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密封填料簡介

2015年08月13日

填料密封具有填料來源廣、加工容易、價格低廉、密封可靠、操作簡單等特點,因此適用范圍較廣。近幾年來隨著密封填料的發展,填料密封在材料、結構形式以及各種特性方面得到了較大的改善,所以在機械行業填料密封得到了更為廣泛的應用,取得了良好的經濟效益。
  
一、填料密封的工作機理
  在機械行業填料密封主要用作動密封。常用作離心泵、壓縮機、真空泵、攪拌機的轉軸密封,在填料密封的設計選擇上,應以機械設備的工作條件為主要考慮因素,填料的選擇應考慮具備如下條件:
  1、有一定的塑性,在壓緊力作用下能產生一定的徑向力并與緊密軸接觸。
  2、有足夠的化學穩定性,不污染介質,填料不被介質泡脹,填料中的浸漬劑不被介質溶解,填料本身不腐蝕密封面。
  3、填料自潤滑性能良好,耐磨,摩擦系數小。
  4、軸存在少量偏移時,填料應有足夠的浮動彈性。
  5、制造簡單、填裝方便
  為此,需要經常對填料的壓緊程度進行調節,使填料中的潤滑劑在運行一段時間而有所流失之后,再擠出一些潤滑劑,同時補償填料因體積變化所造成的壓緊力松弛。當然這樣經常擠壓填料,最后將使浸漬劑枯竭,所以定期更換填料是必要的。此外,為了維持液膜和帶走摩擦熱,有意讓填料處有少量泄漏也是必要的。
  
二、盤根填料在水泵使用中存在的問題
  水泵的軸封一般采用油浸石棉盤根或油浸棉紗盤根。油浸石棉盤根具有耐熱性、柔軟性好、強度高等優點,但它也有致命的缺點:編結后表面粗糙、摩擦系數大、有滲漏現象,另外使用久了浸入的潤滑劑容易流失。浸油棉紗盤根在水中長期浸泡會變得很硬,而且由于膨脹系數大,摩擦力較大。在實際生產中,經常出現這樣的狀況:新修好的設備,開始運行時軸封狀況良好,但用不了多久,泄漏量便不斷增加,調整壓蓋和更換填料的工作也逐漸頻繁,運轉不到一個周期,軸套就已磨損成花瓶狀,嚴重時還會出現軸套磨斷,并且水封環后面更換不到的盤根均已腐爛,無法起到密封作用。
  總的來開,盤根填料具有如下缺點
(1)盤根填料與軸直接接觸,且相對轉動,造成軸與軸套的磨損,所以必須定期或不定期更換軸套。
(2)為了使盤根與軸或軸套間產生的摩擦熱及時散掉,盤根密封必須保持一定量的泄漏,而且不易控制。
(3)盤根與軸或軸套間的摩擦,造成電機有效功率降低,消耗電能,有時甚至達到5%-10%的驚人比例。總的來看,盤根填料具有如下缺點:從填料密封的原理來看,流體在密封腔內可泄漏的通道有三處:其一是流體穿透纖維材料造成泄漏;其二是從填料與填料箱體之間泄漏;其三是從填料與軸表面之間泄漏。
因此防止水泵泄漏最為關鍵的措施是:
(1)合理選擇密封填料;
(2)設計合理的密封腔體,調整適當的密封壓緊力。
  
三、組合軟填料密封的設計
  設計的填料腔結構如圖2所示。填料腔體內填充一種優良的密封軟材料,它是由碳纖維、高純度石墨、聚四氟乙烯、有機密封劑等組成。它耐熱-18℃~200℃,最大壓力0.7Mpa,最大線速度8m/s,耐腐蝕性強,適用介質PH值范圍4~13,主要適用于水介質。這種軟填料狀態為膠泥狀,摩擦系數低、混合體之間分子吸引力小。
  在軸的運轉過程中,填料中的纖維會纏繞在軸上,并隨軸一起轉動,形成一個“旋轉層”,此“旋轉層”起到了保護軸或軸套的作用,避免了軸套磨損,減小了動力消耗;隨著“旋轉層”直徑的逐漸增大,軸對纖維的纏繞能力將逐步減弱,沒有與軸纏繞,并且與填料腔內壁保持相對靜止,在填料腔內形成一個“剪切層”,此時相對旋轉運動的摩擦剪切區域就存在于填料中間而不是存在于填料與軸之間。另外在注入的填料兩端壓入聚四氟乙烯編結填料,利用此編結填料端環將混合軟填料壓緊。為了使軸在高速轉動過程中,混合軟填料不被擠壓摔出,特意在填料腔體和壓蓋處設計加工了螺旋槽,值得注意的是填料兩端的螺旋槽方向應互為相反,這樣保證軸旋轉時能產生使混合填料受到向內的泵送作用,有效防止了填料的飛濺。
  
四、水泵試驗情況
  組合填料設計制作完成后,在水泵試驗臺上進行試驗。試驗臺設計工況如下:電機轉速1500r/min,工作壓力1MPa,介質為清水,介質溫度常溫。
  填料裝填過程按如下操作步驟進行
(1)清理填料腔,檢查軸表面是否有劃傷、毛刺等現象,保證軸的粗糙度達到圖紙要求Ra1.6;
(2)用百分表檢查軸在密封部位的徑向跳動,其公差應在0.03mm-0.08mm范圍內。
(3)裝填時對編結聚四氟乙烯端環最好先取一根與軸同尺寸的木棒,將編結聚四氟乙烯纏繞在木棒上,再用刀切斷,切口最好成45度斜 面,用一與填料腔同尺寸的木質兩半軸套,合于軸上將編結填料推入腔的深部,并用壓蓋對木質軸套施加一定壓力,使之預壓縮,注意保持編結填料在腔底部平整。
(4)注入混合膠泥狀填必須邊注入邊用木質軸套壓緊,最后再用編結聚四氟乙烯壓在填料腔的外邊,均勻上緊壓蓋,同時用手轉動主軸,使裝填后的壓緊力趨于拋物線分布,然后將壓蓋稍放松,填料裝填完畢。進行運轉試驗,剛啟動運轉時,泄漏情況以間斷滴漏為主,當泄漏增大時,適當調緊壓蓋螺栓。若發熱過大,將螺栓放松一下。運行正常后,泄漏基本停止。試運行60h后,打開填料密封腔觀察,編結聚四氟乙烯端環形狀保持完整,混合軟填料沒有摔出現象,軸上毫無磨損跡象。
       
五、結論
  1、組合式軟填料有效提高了泵的機械效率,減少了對軸的磨損。由于填料壓蓋處可保持長期不滴漏,保護環境。
  2、維護保養方便,在泄漏量大時,可進行不停工注入填料,延長了泵的連續工作時間,節約了人工和維修的費用。據初步估算節約的能耗每臺泵每年節約上萬元。
  3、組合式軟填料具有廣闊的應用價值。

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