填料密封

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-]