填料密封
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填料密封
填料密封最早是以棉麻等纤维塞在泄漏通道内来阻止液流泄漏,主要用作提水机械的轴封。由于填料来源广泛,加工容易,价格低廉, 密封可靠,操作简单,所以沿用至今。
填料主要作动密封件,它广泛用作离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机和船舶螺旋桨的转轴密封,活塞泵、往复式压缩机、制冷机的往复运动轴圭寸,以及各种阀门阀杆的旋动密圭寸等。填料必需具备下列条件:①有一定的塑性。在压紧力作用下能产生一定的径向力并紧密与轴接触。②有足够的化学稳定性。不污染介质,填料不被介质泡胀,填料中的浸渍剂不被介质溶解,填料本身不腐蚀密封面。③自润滑性能良好。耐磨、摩擦系数小。④轴存在少量偏心的,填料应有足够的浮动弹性。⑤制造简单、装填方便。
填料密封机理
填料装入填料腔以后,经压盖对它作轴向压缩(见图29.5-9 ), 当轴与填料有相对运动时,由于填料的塑性,使它产生径向力,并与轴紧密接触。与此同时,填料中浸渍的润滑剂被挤出,在接触面之间形成油膜。由于接触状态并不是特别均匀的,接触部位便出现“边界润滑”状态,称为“轴承效应”;而未接触的凹部形成小油槽,有较厚的油膜,接触部位与非接触部位组成一道不规则的迷宫,起阻止液流泄漏的作用,此称“迷宫效应”。这就是填料密封的机理。显然,良好的密封在于维持“轴承效应”和“迷宫效应”。也就是说,要保持良好的润滑和适当的压紧。若润滑不良,或压得过紧都会使油膜中断,造成填料与轴之间出现干摩擦,最
后导致烧轴和出现严重磨损。
图29.5-9填料的压紧力分布
为此,需要经常对填料的压紧程度进行调整,以便填料中的润滑剂在运行一段时间流失之后,再挤出一些润滑剂,同时补偿填料因体积变化所造成的压紧力松弛。显然,这样经常挤压填料,最终将使浸渍剂枯竭,所以定期更换填料是必要的。此外,为了维持液膜和带走摩擦热,有意让填料处有少量泄漏也是必要的。一般转轴用填料密封的允许泄漏量可参考表29.5-12。
表29.5-12 一般转轴用填料密封的允许泄漏量
注:转速3600r/min,介质压力0.1〜0.5MP&
正常填装并压紧的填料,其径向力的分布如图29.5-9所示,在填料接触的长度方向取填料的微分量dx,作用在此微分量上的轴向
压紧力为p x,径向压紧力为p r,则有
p r = Kp A(2951) 式中K填料的柔软系数,小于或等于1 (表29.5-13 )。
表29.5-13填料的柔软系数K
为了保证密封,填料底部的径向压紧力必需大于或等于介质的内压
力,即P r > P i,此处P为填料腔以内的介质压力。由于填料的塑性, R沿着
接触长度方向是变化的,变化的规律由微分量dx的平衡条件
来求得,即
2朮依+尸)叫• p厂必二-朮何-F'H代(29,2)式中Uc——填料与轴表面、填料与腔的内壁面之间的摩擦系数。
将(29.5-1 )代入式(29.5-2 )得
_込=込競
P.(尺-厂)
由于密封时在x=L处P r > P i (或Kp x > P i),并把(R-r )用填料的厚度h表示后,积分得
所以
(29.5-3)
在压盖处x=0,故压盖施加的压力(作用于单位面积上的力)为
(295-4) 即压盖的压紧力与介质内压成正比。同时,当填料的柔软性系数
K越小,接触宽度越大以及填料的厚度很小时,压盖的压紧力也越大。
以上是填料装填正常时径向力的分布情况。当填料装填不好时,
将大大改变此压力的分布状况。同时,在填料运转一段时间后,由于润滑剂流失,填料体积变小,压紧力松弛,径向力的分布曲线会变得平缓。
截断沿轴及箱壁泄漏通道所需的压紧载荷
4
C 29.5-5)
2辰』
捫=-^-(D2厂厂
4K
另一方面,装填料箱时将填料压实的载荷
严二-(D2-d2)Y (29.5-6^)
4
式中D、d——填料箱内壁直径及轴直径(m;
Y――软填料压紧压力(MPa。
石棉类填料Y=4MPa天然纤维类填料Y=2.5MPa膨胀石墨填料
Y=3.5MPa
取F或F〃中数值较大者作为螺栓载荷F,确定压盖螺栓的螺
纹小径
'4fr 1
d b= ——0] C 29.5-71
V nrr
式中n——螺栓数目,一般2〜4个;
[(T]――螺栓材料的许用应力(MPa。
填料环数由介质压力与运动方式选取,见表29.5-14。
压紧力对填料的密封性有决定性的影响,根据经验,泄漏量q大
到有下列关系:
1 dp.
Pr鈕
表29.5-14 填料环数与介质压力关系
即泄漏量与压紧力的平方成反比。当压紧力调整至正常以后,通
过填料的泄漏量可按下列步骤计算:
当填料与轴的间隙很小,泄漏量不大时,可认为漏液作层流流动, 于是泄漏量为
(29.5-8)
式中d——轴径(m ;
C――直径间隙(m;
n ---- 液体的动力粘性系数(Pa・s);
L――填料与轴的接触长度(m;
△ p――填料两侧的压差(MPa。
填料的选择
选择填料时,通常考虑的因素有:机器的种类,介质的物理、化学特性,工作温度和工作压力,以及运动速度等。其中,尤以介质的腐蚀性(以pH值标志)、pv值及使用温度最重要。填料的价格与来源也应兼顾。
从填料与介质的适应性选择填料可参考表29.5-17。表中所列pH 值是表征介质酸碱度的一个特征值,它表示介质溶液中所包含的氢离子或羟基离子的浓度。
在1L中性水中,所含氢离子和羟基离子大约相等,约为1/107
克当量,所以Ph^ 7表示中性介质;小于7的介质是酸性的;大于7 的介质是碱性的。
从填料的工作压力和运动速度选择填料可参考表29.5-18和图29.5-12,通常软填料的压紧力小,pv值太大时容易发生烧轴现象;硬质的金属填料可适用于较大的pv值。
图29.5-12 填料选用平面图
表29.5-17 填料的耐化学品性能
棉
麻
塑性填料
白石棉
蓝石棉
聚四氟乙烯浸渍白石棉
聚四氟乙烯浸渍蓝石
8
O
O
O
O
中
性
7
4
O
O
O
M
t
1
10 11 12 4-]