摘 要：軟填料密封結構簡單，歷史悠久而應用廣泛，但對軟填料密封的密封機理并沒有完全認識清楚。本文淺析了軟填料密封的密封機理，并澄清了有關軟填料密封機理的一些模糊認識。

　　關鍵詞：軟填料;密封機理

　　1 概述

　　軟填料密封是軸封的最古老形式，它既適應于各種旋轉運動、往復運動的軸、桿密封，也適應于低速螺旋運動。盡管多數回轉機械的軸密封已被機械密封所代替，但應用現代新型填料的軟填料密封仍獲得廣泛應用，尤其是在高溫、強腐蝕和含固相顆粒介質工況下應用更為廣泛。軟填料密封盡管結構簡單、應用廣泛，并且對其軟填料的開發研究、密封性能研究、結構設計理論等進行了許多卓有成效的工作，但對軟填料密封的密封機理并沒有完全弄清楚，甚至一些有關密封機理的概念有待進一步澄清。

　　2 軟填料密封機理分析

　　造成密封泄漏的根本原因有兩個，一是密封兩側存在壓力差(或濃度差)，或沿泄漏方向有相對運動;二是存在著泄漏通道，即流體流動阻力不是無窮大，消除(或減輕)其中任一因素均可阻止(或減少)泄漏。

　　流體通過軟填料密封的泄漏有三條途徑，即通過填料與靜止件界面的泄漏;通過填料本身的泄漏;通過填料與運動界面之間的泄漏。流體通過填料與靜止界面的泄漏和流體通過靜密封面的泄漏原理一樣，流體通過填料本身的泄漏取決于被密封流體的滲透力和軟填料本身的內部結構。當介質的滲透力強或介質為氣體時，通過填料的滲透泄漏幾乎不可避免，但具體的泄漏機制有待進一步探索。對于絕大多數液體介質，泄漏主要是通過填料運動件之間的界面進行，但是，流體通過填料與運動件之間界面泄漏的具體機理如何，目前對其進行直接研究的并不多。不過，國內外學者對彈性密封(O形圈密封和唇形密封) 作過大量實驗研究、計算分析和理論探討，提出了有關介質泄漏和密封機理的眾多見解 ，這些成果對揭示軟填料密封介質泄漏機理很有啟發。

　　被密封流體介質通過填料與運動件界面的泄漏機理有多種形式，常見的有間隙泄漏機理、多孔隙泄漏機理、粘附泄漏機理和動力泄漏機理。前兩種與靜密封處的泄漏規律基本相同，而粘附泄漏是液體在往復運動配合處所特有的泄漏形式，動力泄漏機理是液體在回轉運動配合面軸向泄漏的一種形式。如何利用軟填料密封有效地解決工業生產中遇到的密封問題，是軟填料密封理論研究的主要任務，密封件在實現對被密封流體介質有效密封的同時，必須保證密封有足夠長的使用壽命和較低的摩擦功耗及磨損速率。從密封的角度出發，要求泄漏率盡可能小，但必須同時考慮摩擦、磨損和壽命問題。

　　從流體通過軟填料密封泄漏的機理分析可以看出，只要存在間隙、存在泄漏通道，就會產生泄漏。軟填料密封的本質就是利用密封填料柔軟特性、在軸向壓緊力的作用

　　下徑向膨脹阻塞可能存在的流體泄漏通道。為達到這一目的，軟填料密封設計理論認為，對軟填料密封施加的力必須使填料與被密封表面之間產生的接觸應力能封堵被密封流體壓力的作用。一般要求填料函底部的徑向接觸壓力必須等于或大于被密封流體的壓力，這一原理一直是軟填料密封設計的主要理論準則。多孔隙泄漏機理揭示了密封界面的微觀不平為流體的泄漏提供了通道，為達到有效密封從而要求填料柔軟而富有彈性。填料柔軟使其受變形后能較易填塞密封界面的微觀泄漏通道，并且摩擦功耗低。良好的填料回彈性可以補償因體積損失引起的應力松弛，降低被密封軸不圓度及偏擺對密封作用的不利影響。要求填料具有良好的回彈性與柔軟性，也是開發新型填料一直遵循的基本觀點。為了防止或減少粘附作用造成的泄漏，應盡量減少微觀凹槽的深度，降低被密封軸的表面粗糙度不失為一種有效方法。減少和防止動力泄漏的有效方法是避免在轉軸表面上殘留螺旋形痕跡或控制螺旋形痕跡的方向，使之與流體泄漏方向相反。

　　軟填料密封良好的潤滑性能是保證密封長周期運行的必要條件，同時使密封具有較低的摩擦功耗和磨損速率。為了保證良好的潤滑條件，軟填料密封通常允許少量的泄漏存在。對于一般的填料(不包括具有自潤滑性能的填料)只是對流體的流泄起節流作用而不是將其完全阻止或封閉。填料中浸漬潤滑劑或提高填料本身的自潤滑能力就是為了保證填料具有良好的潤滑性能。

　　關于軟填料密封如何保證持久穩定地起密封作用，有兩種常見的觀點，即“軸承效應”和“迷宮效應”。軟填料裝入密封腔后，經壓蓋對它作軸向壓縮，使它產生徑向力保持與軸緊密接觸，建立起密封狀態。與此同時，填料中浸漬的潤滑劑被擠出，在接觸面之間形成液膜，呈“邊界潤滑”狀態，類似滑動軸承，故稱為“軸承效應 ”。早在60年代，ALMathews等指出，“填料在需要潤滑這一方面很像軸承 ”。在典型的密封裝置中，流體流經很小的間隙，對于填料就像潤滑劑的作用一樣。當密封構件配合過緊時，流體流不進去，填料就會干轉，除非潤滑劑由別的方法來提供，否則填料就會發熱、變硬，并劃傷軸，和軸承的破壞一樣 。因此按照“軸承效應”的觀點，要求軟填料密封必須像軸承一樣，應得到良好的潤滑。

　　關于“迷宮效應”，填料壓緊后，未接觸的凹部形成小溝槽，有較厚的液膜，當軸與填料有相對運動時，接觸部分與非接觸部分組成一道道不規則的迷宮，起阻止液流泄漏的作用，并認為良好的密封在于維持“迷宮效應 ”。 不少作者都支持這一觀點。

　　這種“迷宮效應”的解釋，筆者認為值得商榷。眾所周知，氣體迷宮密封的原理是氣體通過密封齒和膨脹空腔，依靠節流、膨脹和渦流摩擦使速度能轉換成摩擦耗能而實現逐級降壓達到密封 。而填料密封中微觀不平度構成的所謂“迷宮”，并沒有這種降壓作用。實際上，恰恰相反，它是造成多空隙泄漏、粘附泄漏或動力泄漏的基本條件。

　　填料函的操作就像一個可調整的迷宮，迷宮的大小決定于填料在軸向力作用下徑向膨脹的能力。流體通過填料界面的泄漏可以認為是通過一個有效徑向間隙為Cr的環隙，以層流的形式實現，間隙由無數類似迷宮的泄漏通道所組成，間隙的大小反比于密封比壓。顯然，這里提到的“迷宮”，正是為流體泄漏提供的泄漏通道。所以，如果按維持或加強“迷宮效應”的觀點改進軟填料密封性能將得出相反的效果。

　　3 結束語

　　關于密封機理的研究，不像一種具體的新填料或新結構那樣容易產生明顯的直接效果，但它卻是促進密封技術發展的具有導向性的理論依據。

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