软填料密封

软填料密封

—《过程装备密封技术》

姓名：+++++++

学号：20020108

班级：装控1班

日期：2016年1月3日

一、简介

软填料密封是轴封的最古老形式，它既适应于各种旋转运动、往复运动的轴、杆密封，也适应于低速螺旋运动。尽管多数回转机械的轴密封已被机械密封所代

替，但应用现代新型填料的软填料密封仍获得广泛应用，尤其是在高温、强腐蚀和含固相颗粒介质工况下应用更为广泛。软填料密封尽管结构简单、应用广泛，并且对其软填料的开发研究、密封性能研究、结构设计理论等进行了许多卓有成效的工作，但对软填料密封的密封机理并没有完全弄清楚，甚至一些有关密封机理的概念有待进一步澄清。

填料密封又称压盖填料密封，俗称盘根，主要用于过程机械和设备运动的密封，如离心泵、真空泵、搅拌机、反应釜等的转轴和往复泵、往复压缩机的柱塞或活塞杆，以及做螺旋运动的阀门的阀杆与固定机体之间的密封。他是最古老的一种密封结构，中国古代的提水机械，就是运用填塞棉花的方式堵住泄漏的。世界上最早出现的蒸汽机也是采用这种密封方式。而19世纪石油和天然气开采技术的产生与发展，使填料密封的材料有了新的发展。到了20世纪，填料密封因其结构较为简单、价格不贵、来源广泛而获得许多工业部门的青睐。然而，随着工业现代化，尤其是宇航、核电、大型石油化工等工业的发展，对密封的要求越来越高，在许多苛刻的工况下，填料密封被其他密封形式所代替。尽管如此，由于填料密封本身固有的特点，至今在较多的场合仍是普遍使用的密封形式，特别是近年来许多新材料和结构的出现，赋予了填料密封新的生机，获得了新的发展。填料密封以其采用的密封填料的形式分成软填料密封和硬填料密封，后者主要用于高压、高温、高速下工作的机械或设备。因软填料密封构造简单并容易更换，应用十分普遍，也可作为预密密封与硬质材料密封、迷宫密封或机械密封联合使用。软填料密封用来密封轴或壳体孔、由一些可变形的密封圈或长绳状的材料沿轴或杆缠绕而成。填料压盖将软质密封填料轴向压紧，使其产生径向弹塑性变形堵塞间隙而实现密封。

软填料密封良好的润滑性能是保证密封长周期运行的必要条件，同时使密封具有较低的摩擦功耗和磨损速率。为了保证良好的润滑条件，软填料密封通常允许少量的泄漏存在。对于一般的填料(不包括具有自润滑性能的填料)只是对流体的流泄起节流作用而不是将其完全阻止或封闭填料中浸渍润滑剂或提高填料本身的自润滑能力就是为保证填料具有良好的润滑性能。下图是简单填料箱

软填料是一种

新的无石棉高分子

材料合成的密封填

料，外观如胶泥状

具有特殊的可塑

性，能够在填料涵

内由两端盘根环封

闭住填料后形成圆筒状的滑块，与轴的相对运动面之间产生非常薄的液膜，由于软填料的特殊材料的作用，产生的摩擦热接近于零。因此是世界上产生摩擦阻力最小填料之一，而填料之间高分子阻隔剂的作用保证了介质之间的不渗漏。因此，该种填料是唯一一种可塑的、低摩檫而不需冷却软填料密封,它是一种填塞环缝的压紧式密封。软填料密封通常用作旋转或往复运动的零件与轴封箱之间环形空间的密封,如离心泵、转子泵、往复泵、搅拌机、阀杆、管线膨胀节、换热器浮头、带搅拌反应釜等设备的轴封和阀杆的密封,它能适应往复运动、旋转运动和螺旋转运动元件的密封。近些年来随着科学技术的进步,新材料不断涌现,新型的密封填料相近问世,正取代着传统的以石棉为主的填料,大大拓宽了软填料密封的工况范围,研究常用软填料材料的特性及其选择对密封的选材是非常有益的,对泄漏的防止,实现厂、矿的绿色环境具有不可低估的作用。

二、软填科密封机理分析

造成密封泄漏的根本原因有两个，一是密封两侧存在压力差(或浓度差)，或沿泄漏方向有相对运动；二是存在着泄漏通道，即流体流动阻力不是无穷大，消除(或减轻)其中任一因素均可阻止(或减少)泄漏。

流体通过软填料密封的泄漏有三条途径，即通过填料与静止件界面的泄漏；通过填料本身的泄漏；通过填料与运动界面之间的泄漏。流体通过填料与静止界面的泄漏和流体通过静密封面的泄漏原理一样，流体通过填料本身的泄漏取决于被密封流体的渗透力和软填料本身的内部结构。当介质的渗透力强或介质为气体时，通过填料的渗透泄漏几乎不可避免，但具体的泄漏机制有待进一步探索。对于绝大多数液体介质，泄漏主要是通过填料运动件之问的界面进行，但是，流

体通过填料与运动件之间界面泄漏的具体机理如何，目前对其进行直接研究的并不多。不过，国内外学者对弹性密封(O形圈密封和唇形密封)作过大量实验研究、计算质泄漏机理很有启发。被密封流体介质通过填料与运动件界面的泄漏机理有多种形式，常见的有间隙泄漏机理、多孔隙泄漏机理、粘附泄漏机理和动力泄漏机理。前两种与静密封处的泄漏规律基本相同，而粘附泄漏是液体在往复运动配合处所特有的泄漏形式，动力泄漏机理是液体在回转运动配合面轴向泄漏的一种形式。如何利用软填料密封有效地解决工业生产中遇到的密封问题，是软填料密封理论研究的主要任务，密封件在实现对被密封流体介质有效密封的同时，必须保证密封有足够长的使用寿命和较低的摩擦功耗及磨损速率。从密封的角度出发，要求泄漏率尽可能小，但必须同时考虑摩擦、磨损和寿命问题。

从流体通过软填料密封泄漏的机理分析可以看出，只要存在间隙、存在泄漏通道，就会产生泄漏。软填料密封的本质就是利用密封填料柔软特性、在轴向压紧力的作用下径向膨胀阻塞可能存在的流体泄漏通道。为达到这一目的，软填料密封设计理论认为，对软填料密封施加的力必须使填料与被密封表面之间产生的接触应力能封堵被密封流体压力的作用。一般要求填料函底部的径向接触压力必须等于或大于被密封流体的压力，这一原理一直是软填料密封设计的主要理论准则。多孔隙泄漏机理揭示了密封界面的微观不平为流体的泄漏提供了通道，为达到有效密封从而要求填料柔软而富有弹性。填料柔软使其受变形后能较易填塞密封界面的微观泄漏通道，并且摩擦功耗低。良好的填料回弹性可以补偿因体积损失引起的应力松弛，降低被密封轴不圆度及偏摆对密封作用的不利影响。要求填料具有良好的回弹性与柔软性，也是开发新型填料一直遵循的基本观点。

软填料密封机理的"轴承效应"和"迷宫效应"辨析关于软填料密封如何保证持久稳定地起密封作用，有两种常见的观点，即"轴承效应"和"迷宫效应"。软填料装人密封腔后，经压盖对它作轴向压缩，使它产生径向力保持与轴紧密接触，建立起密封状态。与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成液膜。呈"边界润滑"状态，类似滑动轴承，故称为"轴承效应"。早在60年代，有人指出，"填料在需要润滑这一方面很像轴承"。有的文献认为，"在典型的密封装置中，流体流经很小的问隙，对于填料就像润滑剂的作用一样当密封构件配台过紧时，流体流不进去，填料就会干转，除非润滑剂由别的方法来提供，否则填