【摘要】軟填料密封是一種應用廣泛的密封, 但在高壓和高速情況下, 其密封效果和壽命問題日益明顯。文章在分析軟填料密封工作特點的基礎上, 提出了幾種提高其密封效果的方法, 擴大了軟填料密封在高壓和高速領域應用的可能。

　　【關鍵詞】軟填料;旋轉軸;密封效果

　　0 　引言

　　隨著科學技術的發展, 工業技術越來越向著高速、高壓化方向發展, 這對密封技術提出了更高的要求, 也促進了密封技術的飛速發展。軟填料密封由于價格便宜、維護方便等特點, 仍有著廣泛的應用。傳統的軟填料密封方式由于有著固有的缺陷, 限制了其應用范圍。本文的目的在于通過研究軟填料密封的工作特點, 找出提高密封效果和壽命的方法, 從而擴大應用范圍。

　　1 　傳統的軟填料密封的工作特點

　　傳統的軟填料密封在安裝條件下的受力情況如圖1 所示。軟填料在壓蓋力作用下形成一密實的連續體。為計算方便, 假定側壓系數k 在預計的應用比壓范圍(σD ～ σK)內為常數, 同時假定軸向力均勻地作用在填料截面上, 并以兩個集中力pax和pix表示。

　　建立微單元填料軸向方向的力平衡方程

　　填料僅在壓蓋作用下的軸向壓力分布如圖2a 所示。

　　通過以上的理論分析, 可以得出影響軟填料密封的密封效果的“瓶頸” 是:由于填料和填料函之間存在的摩擦力使得填料在壓蓋壓緊力作用下產生的軸向壓力沿力傳遞的方向依次減小, 從而填料的側向壓力也

　　按相同的規律變化;而泄漏介質的壓力沿泄漏通道的壓力變化恰好與之相反, 如圖2b 所示。這對密封的密封效果會帶來以下幾個不利的影響:

　　(1)由于靠近填料函底部的填料對旋轉軸的側向壓力小, 而受密封介質的壓力大(與外側填料相比), 因此在工作條件下(即有介質壓力作用下)填料與軸之間會形成一個楔形的泄漏通道。這樣靠近壓蓋的填料所承擔的負荷比靠近填料函的填料要大。在這種情況下, 靠近壓蓋的填料的壽命比靠近填料函的填料的壽命小, 從而影響了填料的整體壽命。

　　(2)由于軟填料的回彈性能與其所受的壓力有關, 所受壓力越大, 回彈性能越差, 反之, 回彈性能越好。回彈性能差的填料由于不能補償間隙的變化, 因而造成填料與軸之間的接觸力劇烈變化, 由于靠近壓蓋的填料所受的壓力又比較大, 因此回彈性能比較差,但它卻承擔主要的密封作用, 為保證密封效果, 只能將填料壓得更緊, 造成填料與軸之間的接觸壓力過大, 即降低了填料的壽命, 又加劇了軸的磨損。

　　2 　提高軟填料密封效果的方法

　　由以上的分析可以知道, 提高軟填料密封效果的措施的核心是改變其應力分布, 使之與泄漏介質沿泄漏通道的壓力分布一致或相近。有以下幾種方法:

　　2.1 　對密封填料進行預處理

　　預成型填料就是填料在裝入填料函前以一定的壓力進行預壓縮, 然后再裝入填料函。填料在經過預壓縮后, 在相同的軸向壓力下, 抵抗介質壓力的能力增強, 因而在介質的壓力作用下產生的變形減小, 對壓力降的產生所做的貢獻增強, 泄漏介質的壓降曲線變得平緩, 有效封油長度增加。因而在相同的被密封介質壓力下對壓蓋的壓力要求降低, 密封效果明顯改善。

　　如果進行預成型時對填料施加的壓力不同, 靠近壓蓋的填料預成型壓力小, 離壓蓋越遠則預成型壓力越大, 這樣的填料裝入密封函壓緊后其應力分布與傳統的填料密封應力分布更接近泄漏介質沿泄漏通道的壓力分布, 密封效果與壽命有很大改善。

　　2.2 　使用組合填料

　　不同的填料其側壓系數和回彈性能是不同的。通過合理的選擇不同的填料進行組合, 可以極大的提高其密封效果, 見表1 。

　　可見組合填料的密封效果比單獨的填料要好。組合方式不同, 密封效果也不同。最佳的組合方式是:組合填料各圈由壓蓋到密封函底, 填料的側壓系數依次增大, 磨擦系數依次減小。這與前面的理論分析結果是一致的。

　　2.3 　結構改進

　　對密封函的結構進行改進, 使得填料在裝配條件下的應力分布與泄漏介質沿泄漏通道的壓力分布一致。

　　1)階梯式

　　該結構中, 離壓蓋越近的填料環截面積越大, 從而在填料壓緊后其應力分布情況是離壓蓋越近則應力越小, 與介質壓力分布一致。見圖3a 。

　　2)內壓式與外載內壓式

　　內壓式密封函與外載內壓式密封函如圖3c 、3b 所示。這兩種結構都是通過改變加載方式使填料的應力分布與泄漏介質沿泄漏通道的壓力分布一致, 從而提高密封的效果和壽命。

　　3 　結束語

　　軟填料密封由于其價格便宜、維護方便等特點, 在密封技術飛速發展的今天仍然有著廣泛的應用。本文通過對軟填料密封工作特點的分析, 提出了幾種提高其密封效果和壽命的方法。隨著新型密封填料的不斷出現和對密封填料工作特點研究的不斷深入, 軟填料密封一定能適應工業技術的發展, 從而獲得更廣泛的應用。

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