第四章填料密封ppt课件.ppt
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1、第四章 过程机械密封,填料密封又称压盖填料密封,主要用于过程机器和设备运动部分的密封,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,以及做螺旋运动阀门的阀杆与固定机体之间的密封。填料密封依其采用的密封填料的形式分为软填料密封和硬填料密封,本节主要介绍软填料密封。,4.1 填料密封,4.1.1 引言,1.基本结构,与机械密封相比,软填料密封优点:结构简单、价格便宜、加工方便、装拆容易和使用范围很广。缺点:填料与轴或杆表面摩擦和磨损较大,造成材料和功率消耗大。填料密封要允许一定的泄漏量,为了润滑摩擦部位并带走摩擦热,降低材料磨损,延长使用寿命。,2.软填料的分类、材料
2、和结构,a:分类按功能、材料和加工方法等分类。b:材料实际软填料由基体材料和辅助材料组成,基体材料用于满足耐热性、化学稳定性方面的要求,而辅助材料则满足润滑性、致密性或防腐蚀的要求c:编结填料结构编结填料按编织方式分为夹心套层式编结填料、发辫式编结填料和穿心式编结填料等三种。,4.1.2 软填料密封的原理,(1)应力特征在预装填料的填料函中,流体可能的泄漏通道主要是穿过软填料材料本身的渗漏和通过填料与轴外表面,以及填料与填料函内壁表面之间的间隙的泄漏。对于填料材料本身的渗漏,可以通过以下解决:一、压缩时软填料被压实,二、通过改变填料材料或结构对于填料与填料函内壁面的泄漏:无相对运动,泄漏量好控
3、制因此,填料与运动的轴或杆之间的泄漏或逸散成为填料密封成功的关键。,1. 软填料密封的安装状态,即预紧压盖螺栓,轴是静止的,没有密封介质压力存在。螺栓伸长时产生一轴向力 ,压盖压力 ,A为填料函的环形截面积, 。填料具有粗糙的表面,且是可压缩的材料径向应力 ,K称为侧压系数,小于零, 是填料的轴向应力。 由于填料与轴和填料函壁之间的摩擦作用,使填料沿填料函轴向长度的压缩程度从压盖向填料函底递减,所以填料的径向应力也沿填料函轴向长度递减。,假设所有的填料环是一样的,K和压缩无关。取一dx微元的填料,则该微元的径向接触应力为,根据微元填料的轴向的力的平衡:,(4-1),填料与轴和填料与填料函壁的摩
4、擦系数,填料与轴和填料与填料函壁的侧压系数,将上式积分得:,系数,,(4-2),所以,填料与轴和填料函之间任意x处的径向应力:,(4-3),上式表明填料与轴和填料函之间的径向应力在压盖出最大,并以指数规律向填料函底递减。,当泄漏流体压力作用时,根据流体压力与填料之间的相互作用,流体压力沿轴向的分布出现两种不同的状况。一. 压盖压力显著比流体压力高,压缩填料与轴表面形成微小的迷宫接触状态,密封间隙中的泄漏流体受到节流的作用,所以流体压力(p)沿填料长度呈非线性规律分布,如图4-6(a)所示。,二. 填料与轴表面的径向接触应力比流体压力低,于是除了压盖附近外,流体压力将填料推向填料函壁面而脱离轴,
5、所以流体压力沿填料长度的分布状况如图4-6(b),由以上分析可知,填料预紧后的径向接触应力与泄漏流体压力的分布规律恰恰相反。为了保证填料的密封作用,要求填料与轴和填料与填料函之间的径向应力足以使介质不可能沿其流动,即填料函底部的径向应力不小于泄漏流体的压力P。即:,(4-4),由上式可得到保证软填料密封所需要的压盖压力为:,(4-5),当轴回转时,填料与轴摩擦的轴向分量为零,仅与填料与填料函内壁的摩擦,并假设,则式4-3、式4-5可简化为:,(4-6),(4-7),(2)摩擦力和摩擦力矩,作用在填料轴向微元上的摩擦力:,对上式积分,得到填料与轴的总摩擦力:,(4-8),摩擦力矩则为,(4-9)
6、,(3)泄漏率,密封介质沿填料与轴之间的环形间隙的泄漏,可视为流体作层流流动,理想条件下的泄漏量可按下式计算,调节填料轴向压紧力,使其沿径向与轴紧密接触,是保证软填料达到密封的关键。,(4)磨损与润滑,由于摩擦引起的磨损是软填料密封中的一个突出问题。除了填料磨损外,转轴或往复杆也同样发生磨损。正常装填的填料在压盖处磨损较大,向内逐渐减小,而装填不好的填料出现如图4-7所示的异常磨损状况。,4.1.3 软填料密封结构的设计,软填料密封结构的发展方向:1. 填料沿填料函长度方向的径向应力分布均匀,且与泄漏介质的压力分布规律一致。2. 考虑冷却和润滑措施3. 设置及时或自动补偿填料磨损的结构;4.
7、在填料函底部设置底套,以防止填料被挤出;为防止含固体颗粒介质的磨蚀和腐蚀性介质的腐蚀,采用中间封液环,注入封液,起冲洗和提高密封性的作用。5. 采用由不同材质的填料环组合的结构。,4.1.4 填料的安装、使用与保管,4.2 往复密封,往复密封是指用于过程机械作往复运动机构处的密封,包括液压密封、气动密封、活塞环密封、柱塞泵密封等。,1. 对液压密封的基本要求 一般的液压密封指液压缸活塞密封和活塞杆密封。当范围更广、要求更严时,还包括防止灰尘或外界液体进入系统的防尘密封。支撑环起到类似滑动轴承的作用,支撑侧向载荷,维持液压密封同心的作用。,4.2.1 液压密封,对液压密封的基本要求如图所示:,与
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