填料密封 密封介绍.ppt
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1、第二章 填料密封,2023/2/9,填料密封 在轴与壳体之间用弹、塑性材料或具有弹性结构的元件堵塞泄漏通道的密封装置。,填料密封,软填料密封,硬填料密封,成型填料密封,油封,2023/2/9,软填料密封又叫压盖填料密封,俗称盘根。它是一种填塞环缝的压紧式密封,是世界上使用最早的一种密封装置,在中国已有上千年的历史。,第一节 软填料密封,软填料密封结构简单、成本低廉、拆装方便,故至今仍应用较广,特别是近年来出现了一些新结构和新材料,又有了新的发展。,它最早是以棉、麻等纤维填塞在泄漏通道内来阻止液体泄漏,主要用作提水机械的密封。国外迟至1782年才使用填料,当时作为蒸汽机的轴封来密封压力为0.05
2、MPa的蒸汽。,2023/2/9,软填料密封通常用作旋转或往复运动的元件与壳体之间环形空间的密封,如离心泵、转子泵、往复泵、搅拌机及反应釜的轴封,还有阀门的阀杆密封,管线膨胀节、换热器浮头及其它设备的密封。能适应各种旋转运动、往复运动和螺旋运动的元件密封。,2023/2/9,一、基本结构及密封原理,1.基本结构,2023/2/9,无封液环,2023/2/9,有封液环,2023/2/9,2023/2/9,4.轴封装置,软填料是在变形时依靠合适的径向力紧贴轴和填料函内壁表面,以保证可靠的密封。,2023/2/9,2.泄漏的途径,A:流体穿透纤维材料编织的软填料本身的缝隙而出现渗漏 B:流体通过软填
3、料与填料函内壁之间的缝隙而泄漏C:流体通过软填料与运动的轴(转动或往复)之间的缝隙而泄漏,2023/2/9,3.密封原理,(1)迷宫效应 由于加工等原因,轴表面总有些粗糙度,其与填料只能是部分贴合,而部分未接触,这就形成了无数个不规则的微小迷宫。当有一定压力的流体介质通过轴表面时,将被多次引起节流降压作用,这就是所谓的“迷宫效应”,正是凭借这种效应,使流体沿轴向流动受阻而达到密封。(2)轴承效应 填料与轴表面的贴合、摩擦,也类似滑动轴承,故应有足够的液体进行润滑,以保证密封有一定的寿命,即所谓的“轴承效应”。,2023/2/9,良好的软填料密封即是“轴承效应”和“迷宫效应”的综合。适当的压紧力
4、使轴与填料之间保持必要的液体润滑膜,可减少摩擦磨损,提高使用寿命。压紧力过小,泄漏严重,而压紧力过大,则难以形成润滑液膜,密封面呈干摩擦状态,磨损严重。密封寿命将大大缩短。因此如何控制合理的压紧力是保证软填料密封具有良好密封性的关键。,2023/2/9,4.软填料密封的压力分布,由外端(压盖)向内端,先是急剧递减后趋平缓,由内端逐渐向外端递减,2023/2/9,填料径向压力的分布与介质压力的分布恰恰相反,内端介质压力最大,应给予较大的密封力,而此时填料的径向压紧力恰是最小,故压紧力没有很好的发挥作用。实际应用中,为了获得密封性能,往往增加填料的压紧力,亦即在靠近压盖端的23圈填料处使径向压力最
5、大,当然摩擦力也增大,这就导致填料和轴产生异常磨损。,2023/2/9,填料的异常磨损,2023/2/9,填料密封的受力状况很不合理。另外,整个密封面较长,摩擦面积大,发热量大,摩擦功耗也大,如散热不良,则易加快填料和轴表面的磨损。因此,为了改善摩擦性能,使软填料密封有足够的使用寿命,则允许介质有一定的泄漏量,保证摩擦面上的冷却与润滑。一般转轴用软填料密封的允许泄漏率如表2-1所示。,2023/2/9,表2-1 一般转轴用软填料密封的允许泄漏率,转速3600r/min,介质压力0.10.5MPa,2023/2/9,5.轴作往复运动时填料径向受力状态,由受力分析可知,对于往复运动的密封,要求填料
6、组织致密或进行预压缩,以提高密封性能。,2023/2/9,二、主要参数,(一)填料函的主要结构尺寸 填料函结构尺寸主要有填料厚度、填料总长度(或高度)、填料函总高度等。,2023/2/9,填料函尺寸确定一般有两种方法,1.查表法 以轴(或杆)的直径d按表 2-2直接选取填料的厚度B,见,再由介质压力按表 2-3 来确定填料的环数。依据:有关的国家标准或者企业标准。2.经验公式法填料厚度B 机器 B=(1.52.5)阀门 B=(1.42.0)填料函内径D D=(d+2B)填料函总高度H 机器 H=(68)B+h+2B 阀门 H=(58)B+2B式中 h封液环高度,h=(1.52)B。,2023/
7、2/9,填料函内壁的表面粗糙度Ra1.6m,轴(杆)的表面粗糙度Ra0.4m,除金属填料外,轴(杆)表面的硬度180HBS。需要强调:填料环数过多和填料厚度过大,都会使填料对轴或轴套表面产生过大的压紧力,并引起散热效果的降低,从而使密封面之间产生过大的摩擦和过高的温度,并且其作用力沿轴向的分布也会越不均匀,导致摩擦面特别是轴或轴套表面的不均匀磨损,同时填料也可能烧损,如果密封面间的润滑液膜也因此而被破坏,磨损就会随之加速,最后造成密封的过早失效,也会给后面的检修、安装、调整等工作带来很大的不便。,2023/2/9,(二)压紧载荷与压盖螺栓尺寸,1.填料的压紧载荷确定,图2-6 填料受力分析图,
8、2023/2/9,2.压盖螺栓尺寸的确定,首先要确定螺栓的载荷F,即取F、F 中的较大者,则压盖螺栓的螺纹根径db,2023/2/9,三、密封材料的选择,(一)对软填料密封材料的要求,(1)有较好的弹性和塑性。(2)有一定的强度,使填料不至于在未磨损前先损坏。(3)化学稳定性高。(4)不渗透性好。(5)导热性能好,易于迅速散热,且当摩擦发热后能承受一定的高温。(6)自润滑性好,耐磨损,并且摩擦系数低。(7)填料制造工艺简单,装填方便,价格低廉。,2023/2/9,(二)常用软填料,1.典型的软填料结构形式,2023/2/9,(1)绞合填料,绞合填料是把几股纤维绞合在一起,将其填塞在填料腔内用压
9、盖压紧,即可起密封作用,常用于低压蒸汽阀门,很少用于转轴或往复杆的密封。用各种金属箔卷成束再绞合的填料,涂以石墨,可用于高压、高温阀门。若与其它填料组合,也可用于动密封。,2023/2/9,(2)编织填料 编织填料是软填料密封采用的主要形式,它是将填料材料进行必要的加工而成丝或线状,然后在专门的编织机上按需要的方式进行编结而成,有发瓣编织、套层编织、穿心编织、夹心编织等。,2023/2/9,2023/2/9,聚四氟乙烯纤维编织,2023/2/9,柔性石墨穿心编织填料,黑白四氟编织填料,含油白四氟编织填料,2023/2/9,(3)叠层填料,是在石棉或其它纤维编织的布上涂抹黏结剂,然后将一层层叠合
10、或卷绕,加压硫化后制成填料,并在热油中浸渍过。最高使用温度可达120130,密封性能良好。可用于120以下的低压蒸汽、水和氨液,主要用作往复泵和阀杆的密封,也可用于低速转轴轴封。当涂敷硬橡胶时,还可用于水压机的活塞杆。因它含润滑剂不足,所以在使用时必须另加润滑剂。,2023/2/9,(4)模压填料,模压填料主要是将软填料材料经过一定形状的模压制成相应形状的填料环而使用。图2-7(g)所示为由柔性石墨带材一层层绕在芯模上然后压制而成,根据不同使用要求,将采用不同的压制压力。这种填料致密,不渗透,自润滑性好,有一定弹塑性,能耐较高的温度,使用范围广,但柔性石墨抗拉强度低,使用中应予注意。,2023
11、/2/9,2.主要材料,有纤维质材料和非纤维质材料两大类(1)纤维质材料1)天然纤维 2)矿物纤维 3)合成纤维 聚四氟乙烯纤维 碳纤维 酚醛纤维 芳纶纤维 4)陶瓷和金属纤维,2023/2/9,(2)非纤维质材,非纤维质材料中柔性石墨应用较广。柔性石墨做成板材后模压成密封填料使用。柔性石墨又称膨胀石墨,它是把天然鳞片石墨中的杂质除去,再经强氧化混合酸处理后成为氧化石墨。氧化石墨受热分解放出CO2,体积急剧膨胀,变成了质地疏松、柔软而又有韧性的柔性石墨。特点:有优异的耐热性的耐寒性 有优异的耐化学腐蚀性 有良好的自润滑性 回弹率高,2023/2/9,(三)软填料密封材料的选择,首先应当指出的是
12、,由于操作条件的复杂,特别是不存在能适应所有工艺条件的通用的填料类型,也就是说填料材料的选择是没有特定规律的,但材料的正确选用是保证密封装置密封性能的最基本条件之一。通常软填料密封主要是根据介质的性质、工作温度和工作压力、滑动速度以及填料的性质来选择。其中尤以介质的腐蚀性、压力、滑动速度和使用温度最为重要,此外,取材难易与价格也应适当考虑。选择时可参考表2-6和表2-7。,2023/2/9,四、软填料密封存在的问题与改进,(一)存在的问题,1.受力状态不良,2023/2/9,2.散热、冷却能力不够软填料密封中,滑动接触面较大,摩擦产生的热量较大,而散热时,热量需通过较厚的填料,且多数软填料的导
13、热性能都较差。摩擦热不易传出,致使摩擦面温度升高,摩擦面间的液膜蒸发,形成干摩擦,磨损加剧,密封寿命会显著降低。3.自动补偿能力较差软填料磨损后,填料与轴杆、填料函内壁之间的间隙加大,而一般软填料密封结构无自动补偿压紧力的能力,随着间隙增大,泄漏量也逐渐增大。因此,须频繁拧紧压盖螺栓。,2023/2/9,4.偏摆或振动的影响,某些机器(如压缩机等)或设备(如反应釜等)在工作时,轴有较大的振动和偏摆,轴与旋转中心之间将会出现较大偏心。如图所示,若轴的中心与旋转中心不重合,偏心距为e,则轴与填料之最大间隙就为2e,最小间隙为零。间隙沿圆周的分布象月牙形。月牙形的间隙位置随着轴的转动而周期性变化,因
14、此起到了类似容积泵的增压作用,这对密封是非常不利的。,2023/2/9,(二)改进措施,1.提高密封填料性能(1)采用填料的组合使用 即采用不同种类密封填料分段混合配置。不同的填料其侧压系数和回弹性能不同,通过合理的选择不同的填料进行组合,可以极大地提高其密封效果。例如,对于柔性石墨由于其抗拉及抗剪切能力较低,所以一般将柔性石墨填料与石棉填料或碳纤维填料组合使用,这样既可防止柔性石墨填料被挤入轴隙,强烈磨损而引起介质泄漏,又可使填料径向压力分布均匀,增进密封效果。,2023/2/9,实验表明,组合填料一般比各组分单一填料的密封性能好。同样填料的组合方式不同,工作寿命也不同。为得到最佳密封效果,
15、填料组装应符合下列原则:组合填料各圈由压盖到密封箱底,填料的侧压系数有增大趋势,填料的摩擦系数依次减小,表示压力下降速度的填料综合系数呈减小趋势。,2023/2/9,(2)对填料预压成型,填料预压成型就是对填料先以一定的压力进行预压缩,然后再装入填料函。填料在经过预压缩后,在相同的压盖压力下,抵抗介质压力的能力增强,变形减少,介质泄漏的阻力增大,密封效果明显改善。,2023/2/9,填料经过预压缩后,与未经预压缩的相比,装入填料函后其径向压力分布比较均匀合理,密封效果提高。预压缩的比压应高于介质压力,其值可取介质压力的1.2倍。预压后填料应及时装入填料腔中,以免填料恢复弹性。如果进行预压缩时,
16、对填料施加的压力不同,靠近压盖的填料压力小,离压盖越远则预压缩压力越大,这样的填料装入填料函压紧后其径向压力分布更接近泄漏介质沿泄漏通道的压力分布,密封效果与寿命有很大改善。,2023/2/9,(3)采用新型密封填料-泥状混合填料,泥状混合填料是一种新型的密封填料,它由纯合成纤维、高纯度石墨或高分子硅脂、聚四氟乙烯、有机密封剂进行混合,形成一种无规格限制的胶泥状物质。,2023/2/9,在轴的运转过程中,泥状混合填料由于分子间吸引力极小,具有很强的可塑性,可以紧紧缠绕在轴上,并随轴同步旋转,形成一个“旋转层”;随着“旋转层”的直径逐步增大,轴对纤维的缠绕能力逐步减小,没有与轴缠绕的填料则与填料
17、函保持相对静止,形成一个“不动层”,如上图所示。这样在泥状混合填料中间形成一个剪切分层面,而不是填料与轴之间。,2023/2/9,泥状混合填料密封的特点是:无泄漏,密封可靠,对轴(或轴套)无磨损;安装简单,维修时可在线修复,降低了劳动强度;不需要冲洗和冷却;轴功率损耗小,只有普通软填料密封的22%左右。目前国内使用较多的泥状混合填料主要有SR900、CMS2000和BP720、BP920等,其相关参数见表2-8。,2023/2/9,2.改进密封结构,(1)改进径向压紧力的结构 使填料沿填料函长度方向的径向压紧力分布尽可能均匀,并且与泄漏介质的压力分布趋势尽可能一致。其主要目的是减小轴和填料的磨
18、损及其不均匀性,同时满足对密封的要求。可采取以下措施:采用变截面的阶梯式结构,从压盖起到底环处填料截面逐段缩小而径向压力逐渐增大接近介质压力分布。,2023/2/9,双填料函分段式压紧结构,如图(b)所示,两个填料函轴向叠加,使后箱体底端兼作前箱体压盖,当填料环总数较多时,将其分段装入前后箱体内,使压紧力较为均匀,可适当提高其密封能力。,2023/2/9,填料压盖自紧式结构,如图(c)所示,利用流体介质压力直接作用于填料压盖前端面上,以提高在介质端部的填料受的压紧力,也使压紧力沿轴向的分布更趋于合理,当介质压力增高时,这种作用将更强。,2023/2/9,集装式结构,如图(d)所示,由一组软填料
19、环装填在一个可以沿轴向移动的金属套筒之中,填料和套筒预紧力由压盖螺栓(螺母下有弹簧)进行调节。工作时由于介质压力作用在套筒底上,进一步压缩软填料,增加了套筒内底部软填料对轴的压紧作用,从而使径向压紧力的分布沿轴向与密封介质的压力分布相配合。,2023/2/9,采用分级软填料密封结构,如图(e)所示,由软填料环、金属环、圆柱形弹簧交替安装组合而成。它通过弹簧分别调节各层填料环的压紧力,使之得到最佳的径向压紧力分布,同时,弹簧还可以对径向压紧力的松弛起到补偿作用。,2023/2/9,采用径向加载软填料密封结构,如图(f)所示,此密封是通过油嘴将润滑脂挤入弹性套,从填料外围均匀加压,使填料沿轴方向的
20、径向压紧力分布均匀。,2023/2/9,(2)自动补偿的软填料密封结构,设置补偿结构,目的是对填料的磨损进行及时的或自动的补偿;而且拆装、检修方便,以缩短因此而引起的停工时间。采用液压加载和弹簧加载可以自动补偿(如图c、d、e)。,2023/2/9,2023/2/9,(3)加强与改善散热、冷却和润滑,2023/2/9,(4)采用浮动填料函的结构,图(a)、(b)分别为内圆和外圆可浮动的填料函结构,该结构适用于轴和壳体不同心或在转动时摆动、跳动较大的场合。结构中利用弹性或柔软性良好的材料(如橡胶)作过渡体,起吸振作用,使填料函或轴处于浮动状态,补偿壳体和轴的偏心。,2023/2/9,五、软填料密
21、封的安装、使用与保管,(一)软填料的合理安装,1.安装注意事项 填料的组合与安装是否正确对密封的效果和使用寿命影响很大。不正确的组合和安装主要是指:填料组合方式不当、切割填料的尺寸错误、填料装填方式不当、压盖螺栓预紧不够或不均匀或过度预紧等,往往造成同一设备、相同结构型式、相同填料,而出现密封效果悬殊很大的情况。很显然,这种不正确的安装是导致软填料密封发生过量泄漏和密封过早失效的主要原因之一。安装时要注意以下几个方面的要求:(1)填料函端面内孔边要有一定的倒角。,2023/2/9,(2)填料函内表面与轴表面不应有划伤(特别是轴向划痕)和锈蚀,要求表面要光滑。(3)填料环尺寸要与填料函和轴的尺寸
22、相协调,对不符合规格的应考虑更换。(4)切割后的填料环不能任意将其变形,安装时,将有切口的填料环轴向扭转从轴端套于轴上,并可用对剖开的轴套圆筒将其往轴后端推入,且其切口应错开。,(5)安装完后,用手适当拧紧压盖螺栓的螺母,之后用手盘动,以手感适度为宜,再进行调试运转并允许有少量泄漏,但随后应逐渐减少,如果泄漏量仍然较大,可再适当拧紧螺栓,但不能拧的过紧,以免烧轴。(6)已经失效的填料密封,如果原因在填料,可采用更换或添加填料的办法来处理,使之正常运转。,2023/2/9,2.泵用填料的安装,(1)清理填料函,(2)检查,同轴度及径向圆跳动测量,2023/2/9,(3)切割密封填料,手工切割,2
23、023/2/9,工具切割,2023/2/9,(4)对填料预压成型,2023/2/9,(5)填料环的装填,图2-23 涂敷润滑脂,图2-24 填料环的装填,2023/2/9,(6)运行调试 调试工作是必需的。其目的是调节填料的松紧程度。用手拧紧压盖螺栓后,起动泵,然后用扳手逐渐拧紧螺栓,一直到泄漏减小到最小的允许泄漏量为止;设备起动时,重新安装和新安装后的填料发生少量泄漏是允许的。设备起动后的1小时内需分步将压盖螺栓拧紧,直到其滴漏和发热减小到允许的程度,这样做目的是使填料能在以后长期运行工作中达到良好的密封性能。填料函的外壳温度不应急剧上升,一般比环境温度高3040可认为合适,能保持稳定温度即
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