填料平面密封的研制

填料平面密封的研制

0總結(jié)填充壓延是最古老的密封方法，在中國(guó)已有數(shù)千年。而機(jī)械密封的出現(xiàn)僅僅100多年1旋轉(zhuǎn)軸的密封釜用填料密封結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中所示的填料密封是現(xiàn)場(chǎng)安裝的,安裝法蘭用于將整體填料密封裝置安裝到釜口。向填料箱體內(nèi)裝入填料,壓蓋軸向施壓于填料,經(jīng)過(guò)填料的變形產(chǎn)生作用于旋轉(zhuǎn)軸表面的徑向力從而實(shí)現(xiàn)密封。注油孔的作用是注入潤(rùn)滑劑到填料,以減少填料對(duì)軸的磨損和摩擦阻力,有利于實(shí)現(xiàn)密封。通常填料密封使用在密封要求不高的場(chǎng)合,這種旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封的弊端之一是密封效果不理想,當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸存在微小擺動(dòng)時(shí),填料對(duì)軸各處的追隨性得不到保證從而出現(xiàn)泄漏;弊端之二是填料對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的磨損作用;弊端之三是摩擦阻力大引起的能量損耗較高。為了能獲得更好的密封效果,填料箱內(nèi)裝入多層填料纏繞在旋轉(zhuǎn)軸上增加了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力和能量損耗。釜用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2中所示的機(jī)械密封是集裝式結(jié)構(gòu),通過(guò)安裝法蘭將機(jī)械密封安裝到釜口,軸套通過(guò)其附帶的緊定螺釘固定在旋轉(zhuǎn)軸上。一對(duì)密封環(huán)軸向互相接觸和摩擦加上其他輔助部件共同作用實(shí)現(xiàn)密封。其中上面的密封環(huán)可以在一定范圍內(nèi)浮動(dòng)并在彈簧作用下保持與下面密封環(huán)的追隨貼合。通過(guò)注水孔進(jìn)入密封箱體的流體用于冷卻和潤(rùn)滑2個(gè)密封環(huán)之間的摩擦面。傳動(dòng)銷(xiāo)用來(lái)把隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的軸套的動(dòng)力傳遞給浮動(dòng)密封環(huán)。與填料密封相比,首先機(jī)械密封的密封效果得到了大幅度提高,填料密封泄漏量是機(jī)械密封的成百上千倍,以致于對(duì)填料密封無(wú)法制定泄漏標(biāo)準(zhǔn)要求;其次是機(jī)械密封結(jié)構(gòu)不存在對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的磨損作用;最后一點(diǎn)是機(jī)械密封的密封摩擦阻力或能量損耗也較填料密封減少了很多。填料密封的3個(gè)弊端在機(jī)械密封這里都得到了改善,代價(jià)是制造成本隨之提高。機(jī)械密封不僅增加了很多零部件,而且對(duì)每個(gè)部件的材料和加工精度要求都很?chē)?yán)格。2填料平面密封容易安裝使用,方便使用新研制的釜用填料平面密封的一種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。填料平面密封可以像機(jī)械密封那樣設(shè)計(jì)成集裝式,只要將圖3中的軸套和密封箱體組件與安裝法蘭之間做成臨時(shí)連接定位,安裝使用前拆卸或解鎖就可以實(shí)現(xiàn)了,這一點(diǎn)和集裝式機(jī)械密封安裝使用一樣方便。在密封方面既不像填料密封那樣填料與軸大范圍地貼合摩擦,也不像機(jī)械密封那樣在材料和加工精度要求都很高的密封環(huán)之間有限浮動(dòng)貼合,而是利用少部分填料在彈簧作用下與安裝法蘭端面軸向貼合摩擦即可。不難看出,這種填料平面密封在密封效果上由于其接近機(jī)械密封的彈簧使用和浮動(dòng)設(shè)計(jì),要比填料密封好得多;顯然,填料平面密封和機(jī)械密封結(jié)構(gòu)一樣也不存在對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的磨損作用;在密封摩擦阻力或能量損耗方面也與機(jī)械密封具有類(lèi)似的數(shù)量級(jí)。另外值得說(shuō)明的是因?yàn)槊芊饽Σ撩娴淖冯S性好,貼合密封效果好,不用像填料密封那樣裝入很多填料,填料過(guò)多反而降低彈簧作用效果,只要裝入的填料滿足要求的更換周期即可。安裝法蘭上設(shè)計(jì)有油槽,工作時(shí)對(duì)摩擦面潤(rùn)滑冷卻并提高密封效果。3設(shè)計(jì)中填寫(xiě)平頭的關(guān)鍵和性能分析上面概括介紹了填料平面密封與之前的填料密封和機(jī)械密封之間的比較情況和各自的特點(diǎn)。下面再重點(diǎn)探討一下填料平面密封設(shè)計(jì)要點(diǎn)及性能分析。3.1填充均勻、密封、效率高從結(jié)構(gòu)、材料和加工要求與密封效果看,填料平面密封物美價(jià)廉,制造成本和銷(xiāo)售價(jià)格上與填料密封在一個(gè)數(shù)量級(jí)。3.2填料密封容易發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題安裝使用,特別是維護(hù)調(diào)節(jié)很簡(jiǎn)單,不像現(xiàn)場(chǎng)安裝填料密封那樣難以達(dá)到統(tǒng)一合適的壓緊力,而且有潤(rùn)滑液流失補(bǔ)充問(wèn)題;也不像機(jī)械密封那么精密和對(duì)操作技術(shù)人員要求較高。3.3外彈簧調(diào)節(jié)裝置在圖3給出的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中,填料高度應(yīng)略高于要求的更換周期內(nèi)磨損的高度。填料品種選擇要根據(jù)工作溫度、工作壓力等諸多工況考慮。傳動(dòng)桿與推環(huán)是一體,在內(nèi)彈簧作用下保證填料時(shí)刻與安裝法蘭端面貼合。外彈簧和彈簧調(diào)節(jié)裝置的作用是使填料箱下端與安裝法蘭端面始終保持同一水平位置。工作過(guò)程中填料與填料箱在彈簧作用下保持了良好的浮動(dòng)性以及對(duì)安裝法蘭端面的追隨性。3.4填料平面密封的振動(dòng)傳統(tǒng)填料密封可在30MPa下使用,工作壓力可達(dá)到普通型機(jī)械密封工作壓力的4倍左右。傳動(dòng)機(jī)械密封的工作壓力通常不高于10MPa。填料平面密封是利用傳統(tǒng)填料密封機(jī)理,借鑒機(jī)械密封的軸向端面密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),抗壓能力類(lèi)同機(jī)械密封,取決于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)。填料平面密封的工作溫度同機(jī)械密封一樣,取決于彈性密封圈。關(guān)于泄漏量,壓緊填料密封可在10~1000mL/h大范圍內(nèi)動(dòng)蕩,而普通型機(jī)械密封通常能達(dá)到10mL/h以下。填料平面密封的泄漏量接近機(jī)械密封的水平,極端情況下也許會(huì)好于機(jī)械密封,這出于以下分析:第一個(gè)直觀淺顯的分析理由是機(jī)械密封一對(duì)密封環(huán)之間是剛性平面接觸,這種情況下多多少少一定會(huì)因?yàn)榻佑|的兩個(gè)平面的不平產(chǎn)生縫隙,這也是導(dǎo)致機(jī)械密封存在泄漏的根源。而填料平面密封是具有柔性變形的填料環(huán)與密封環(huán)之間接觸密封,合適的彈簧力來(lái)確保填料對(duì)平面的浮動(dòng)追隨性,密封環(huán)面設(shè)計(jì)了合適的寬度,潤(rùn)滑液得到有效使用,在這些條件下消除泄漏通道是有可能的。第二個(gè)判斷填料平面密封泄漏量的根據(jù)是借鑒傳統(tǒng)填料密封泄漏量經(jīng)驗(yàn)公式:式中:Q為泄漏量,m工作時(shí)只有C我們?cè)谧畛趿㈨?xiàng)研究時(shí),首先考慮到填料密封和機(jī)械密封之間從性能上和價(jià)格上都跨距很大,需要一種替代產(chǎn)品填補(bǔ)其間的空白,性能和價(jià)格介于二者之間,使得設(shè)計(jì)者對(duì)軸封的選擇可以做到更科學(xué)更合理,填料平面密封恰到好處地滿足這個(gè)需要。此外,為了降低轉(zhuǎn)動(dòng)件質(zhì)量,設(shè)計(jì)壓力也不宜過(guò)大,比如壓力上限取0.6MPa。3.5填料平面密封試驗(yàn)和使用注意事項(xiàng)按照?qǐng)D3所示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸徑為100mm的填料平面密封裝置,在FST釜用機(jī)械密封試驗(yàn)臺(tái)上運(yùn)行試驗(yàn),試驗(yàn)壓力0.6MPa,常溫運(yùn)行8h。跟蹤試驗(yàn)過(guò)程未發(fā)現(xiàn)明顯泄漏,本試驗(yàn)僅僅定性地證明填料平面密封的可行性。填料平面密封投產(chǎn)前還有很多定量的試驗(yàn)工作待完成。盡管填料平面密封的一些優(yōu)越性和設(shè)計(jì)基本點(diǎn)一目了然,但是因?yàn)樗莻€(gè)全新的旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封技術(shù)方案,很多工作有待于今后較長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)和使用驗(yàn)證。對(duì)于機(jī)械密封而言,在一定條件下,固體剛性密封環(huán)的微量磨損是可以測(cè)繪得到的,這便于推算其使用壽命以及一定條件下的泄漏指標(biāo)。對(duì)于填料平面密封,短時(shí)間試驗(yàn)過(guò)程中填料的磨損消耗難以準(zhǔn)確定量,而這種定量還與推環(huán)力有關(guān),這些因素又同時(shí)對(duì)泄漏量產(chǎn)生影響,況且填料密封又不像機(jī)械密封那樣有明確的性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)4旋轉(zhuǎn)軸密封比填料密封好,比填料密封好,比機(jī)械密封好,價(jià)格低廉填料平面密封是一種全新的旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封設(shè)計(jì)技術(shù)方案,綜合利用了填