浅析工业泵的填料密封

在现实工况中最常用的是机械密封和填料密封;这篇文章主要讲述填料密封的特点和原理，以及填料密封在使用中存在问题，和针对故障主要表现与原因，采取什么的措施？

1. 填料密封的特点

填料密封一般由填料函、填料、填料压盖三部分组成。填料的压紧程度由填料压盖来控制, 填料在轴向力的挤压下, 产生径向压紧力, 使填料紧贴于轴套表面。由于轴套表面存在一定的粗糙度, 因此填料与轴套之间形成了无数个小的空腔, 即“迷宫”, 当带压介质通过轴套表面时, 被多次节流, 从而达到了密封作用。为了保证填料密封具有一定的使用寿命, 须有足够的液体进行润滑, 这层液膜既有良好的润滑作用, 又有良好的密封作用。填料径向压紧力的分布与介质压力的分布恰恰相反, 填料函内端的介质压力最大, 应给于较大的密封力, 而此时, 填料的压紧力恰最小, 故压紧力没有很好地发挥作用。

在实际生产中, 为了获得较为理想的密封效果, 往往采取增加填料压紧力的办法, 通常在填料压盖附近的 2-3 圈压紧力最大。当然此处摩擦力也最大。这就导致了填料与轴套间的异常磨损。填料密封的受力状况很不合理, 因而使用中出现的种种缺点也在所难免。
 

2.填料密封的原理:

在机械行业中填料密封主要用作动密封，常用作离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机的转轴密封。填料装入填料腔以后，经压盖螺丝对它作轴向压缩。

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。

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。

因此，我们需要经常对填料的压紧程度进行调节，使填料中的润滑剂在运行一段时间而有所流失之后，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。当然这样经常挤压填料，最后将使浸渍剂枯竭，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。

3.填料密封在工业泵使用中存在的问题

工业泵的轴封一般采用具有耐磨性、耐热性、柔软性好、强度高等优点, 我们在用盘根填料, 发现其具以下个缺点:

①填料表面粗糙、摩擦系数大、有渗漏现象, 另外使用久了浸入的润滑剂容易流失。

②新修好的设备, 开始运行时轴封状况良好, 但用不了多久, 泄漏量便不断增加, 调整压盖和更换填料的工作也逐渐频繁, 运转不到一个周期, 轴套就已磨损成花瓶状, 严重时还会出现轴套磨断, 并且水封环后面更换不到的盘根填料均已腐烂, 无法起到密封作用。

③ 填料与轴直接接触, 且相对转动, 造成轴与轴套的磨损, 所以必须定期或不定期更换轴套。

④为了使盘根与轴或轴套间产生的摩擦热及时散掉, 盘根密封必须保持一定量的泄漏, 而且不易控制。

⑤盘根与轴或轴套间的摩擦, 造成电机有效功率降低, 消耗电能

4.填料密封故障表现及原因

从填料密封的原理来看, 流体在密封腔内可泄漏的通道有三处:

其一是从填料与轴表面之间泄漏。

其二是从填料与填料箱体之间泄漏;

其三是流体穿透密封材料造成泄漏;

主要故障表象和原因有以下几种:

①填料外表面被研伤, 填料压盖外侧泄漏, 是由于填料外径太小。

②填料挤进轴和挡圈或轴和压盖之间的间隙时, 多因为设计的间隙过大或偏心。

③ 介质沿填料压盖泄漏, 是因为填料装配不当或挡圈又破损。

④泄漏过大, 已无法调节, 是因为填料膨胀或破坏或填料切得太短或装配错误或润滑剂被冲掉或偏。

5.填料密封处理故障采取的措施

5. 1填料材料的选择。

选择填料时我们主要看是否具备这几个条件:

①在压盖压力下有足够的塑性, 在压紧力作用下能否产生一定的径向力并与紧密轴接触, 填充所有的松孔、缝隙, 从而堵塞泄漏。

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, 不受密封的液体、气体和润滑液体的侵蚀。

③有自动松弛的余地, 耐磨, 摩擦系数小, 而不致产生破坏性的摩擦和热。

④轴存在少量偏移时, 填料是否有足够的浮动弹性; 制造是否简单、填装方便。

5. 2  加装填料。

在加装填料是, 必须对填料室清理干净, 不容许有任何杂质和污垢。检查填料函和填料尺寸, 根据泵轴的尺寸圈切, 不易太短。填装时不得用锐器(如改锥、铁丝等) 扎压填料, 以免使填料形成孔洞影响密封效果, 装填压实过程中压盖不可偏斜, 造成靠近压盖一段的填料压得太紧, 紧固时要均匀用力。加装填料后, 盘根不易加的太紧, 应有一定的松度。

另外讲一下组合填料密封的应用

1组合式填料密封的应用

传统的单一类型的填料难以满足现代科技复杂工况对密封的要求。为使填料密封最大限度地发挥其有利特点，克服或弥补某些方面的不足，采用两种以上填料进行混合装配是行之有效的办法。

我们做了大量的试验。结果表明，用碳纤维与柔性石墨混装的组合结构，密封效果甚好。当介质压力小于0巧MPa时，此结构可用七层填料环，其中 1、4、7三层用碳纤'维填料，其余四层用柔性石墨填料。

这种组合使两种填料优势互补，整体结构具有轴向受力较均匀，回弹性好，摩擦系数低，外层强度高，抗冲刷等许多优点，广泛适用于各种填料密封场合。这种结构安装时，如用在泵轴封处，轴套的外圆与填料环的间隙在0左右为宜，压紧力不必很大，运转开始时允许有微量的泄漏。

随着柔性石墨的膨胀，泄漏逐渐减小。如泄漏量大，可将螺栓稍紧，由于柔性石墨回弹性很高，轻度施压极为敏感，切不可太紧，避免烧轴。对于一些非轴封结构密封，可适当加大预紧力。

这种组合结构的填料密封，我们先后在铜氨液进料泵、承插式膨胀节结构改造、碱液循环泵轴封改造及管道连接部位的密封中应用，密封效果均较好，而且泵轴封的轴温完全正常。说明组合填料可以保证密封的可靠性和稳定性。