填料平面密封的研制

填料平面密封的研制

0總結填充壓延是最古老的密封方法，在中國已有數千年。而機械密封的出現僅僅100多年1旋轉軸的密封釜用填料密封結構如圖1所示。圖1中所示的填料密封是現場安裝的,安裝法蘭用于將整體填料密封裝置安裝到釜口。向填料箱體內裝入填料,壓蓋軸向施壓于填料,經過填料的變形產生作用于旋轉軸表面的徑向力從而實現密封。注油孔的作用是注入潤滑劑到填料,以減少填料對軸的磨損和摩擦阻力,有利于實現密封。通常填料密封使用在密封要求不高的場合,這種旋轉軸動密封的弊端之一是密封效果不理想,當旋轉軸存在微小擺動時,填料對軸各處的追隨性得不到保證從而出現泄漏;弊端之二是填料對旋轉軸的磨損作用;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,填料箱內裝入多層填料纏繞在旋轉軸上增加了旋轉軸的轉動阻力和能量損耗。釜用機械密封結構如圖2所示。圖2中所示的機械密封是集裝式結構,通過安裝法蘭將機械密封安裝到釜口,軸套通過其附帶的緊定螺釘固定在旋轉軸上。一對密封環(huán)軸向互相接觸和摩擦加上其他輔助部件共同作用實現密封。其中上面的密封環(huán)可以在一定范圍內浮動并在彈簧作用下保持與下面密封環(huán)的追隨貼合。通過注水孔進入密封箱體的流體用于冷卻和潤滑2個密封環(huán)之間的摩擦面。傳動銷用來把隨旋轉軸轉動的軸套的動力傳遞給浮動密封環(huán)。與填料密封相比,首先機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械密封的成百上千倍,以致于對填料密封無法制定泄漏標準要求;其次是機械密封結構不存在對旋轉軸的磨損作用;最后一點是機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個弊端在機械密封這里都得到了改善,代價是制造成本隨之提高。機械密封不僅增加了很多零部件,而且對每個部件的材料和加工精度要求都很嚴格。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計結構如圖3所示。填料平面密封可以像機械密封那樣設計成集裝式,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連接定位,安裝使用前拆卸或解鎖就可以實現了,這一點和集裝式機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械密封的彈簧使用和浮動設計,要比填料密封好得多;顯然,填料平面密封和機械密封結構一樣也不存在對旋轉軸的磨損作用;在密封摩擦阻力或能量損耗方面也與機械密封具有類似的數量級。另外值得說明的是因為密封摩擦面的追隨性好,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。安裝法蘭上設計有油槽,工作時對摩擦面潤滑冷卻并提高密封效果。3設計中填寫平頭的關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械密封之間的比較情況和各自的特點。下面再重點探討一下填料平面密封設計要點及性能分析。3.1填充均勻、密封、效率高從結構、材料和加工要求與密封效果看,填料平面密封物美價廉,制造成本和銷售價格上與填料密封在一個數量級。3.2填料密封容易發(fā)生質量問題安裝使用,特別是維護調節(jié)很簡單,不像現場安裝填料密封那樣難以達到統一合適的壓緊力,而且有潤滑液流失補充問題;也不像機械密封那么精密和對操作技術人員要求較高。3.3外彈簧調節(jié)裝置在圖3給出的設計結構中,填料高度應略高于要求的更換周期內磨損的高度。填料品種選擇要根據工作溫度、工作壓力等諸多工況考慮。傳動桿與推環(huán)是一體,在內彈簧作用下保證填料時刻與安裝法蘭端面貼合。外彈簧和彈簧調節(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。工作過程中填料與填料箱在彈簧作用下保持了良好的浮動性以及對安裝法蘭端面的追隨性。3.4填料平面密封的振動傳統填料密封可在30MPa下使用,工作壓力可達到普通型機械密封工作壓力的4倍左右。傳動機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填料密封機理,借鑒機械密封的軸向端面密封結構設計,抗壓能力類同機械密封,取決于結構強度設計。填料平面密封的工作溫度同機械密封一樣,取決于彈性密封圈。關于泄漏量,壓緊填料密封可在10~1000mL/h大范圍內動蕩,而普通型機械密封通常能達到10mL/h以下。填料平面密封的泄漏量接近機械密封的水平,極端情況下也許會好于機械密封,這出于以下分析:第一個直觀淺顯的分析理由是機械密封一對密封環(huán)之間是剛性平面接觸,這種情況下多多少少一定會因為接觸的兩個平面的不平產生縫隙,這也是導致機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,合適的彈簧力來確保填料對平面的浮動追隨性,密封環(huán)面設計了合適的寬度,潤滑液得到有效使用,在這些條件下消除泄漏通道是有可能的。第二個判斷填料平面密封泄漏量的根據是借鑒傳統填料密封泄漏量經驗公式:式中:Q為泄漏量,m工作時只有C我們在最初立項研究時,首先考慮到填料密封和機械密封之間從性能上和價格上都跨距很大,需要一種替代產品填補其間的空白,性能和價格介于二者之間,使得設計者對軸封的選擇可以做到更科學更合理,填料平面密封恰到好處地滿足這個需要。此外,為了降低轉動件質量,設計壓力也不宜過大,比如壓力上限取0.6MPa。3.5填料平面密封試驗和使用注意事項按照圖3所示結構設計軸徑為100mm的填料平面密封裝置,在FST釜用機械密封試驗臺上運行試驗,試驗壓力0.6MPa,常溫運行8h。跟蹤試驗過程未發(fā)現明顯泄漏,本試驗僅僅定性地證明填料平面密封的可行性。填料平面密封投產前還有很多定量的試驗工作待完成。盡管填料平面密封的一些優(yōu)越性和設計基本點一目了然,但是因為它是個全新的旋轉軸動密封技術方案,很多工作有待于今后較長時間的試驗和使用驗證。對于機械密封而言,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。對于填料平面密封,短時間試驗過程中填料的磨損消耗難以準確定量,而這種定量還與推環(huán)力有關,這些因素又同時對泄漏量產生影響,況且填料密封又不像機械密封那樣有明確的性能測試標準4旋轉軸密封比填料密封好,比填料密封好,比機械密封好,價格低廉填料平面密封是一種全新的旋轉軸動密封設計技術方案,綜合利用了填