密封技术1

武汉工程大学过程装备密封技术论文课题名称：填料密封专业班级：过程装备与控制01班学生学号：1203020130学生姓名：湛梦梦学生成绩：任课老师：刘丽芳一、填料密封定义填料密封又称为压紧填料（GlandPackings）密封，俗称盘根（Packings）。盘根密封是最古老的一种密封结构，在我国古代的提水机械中，就是用填塞棉纱的方法来堵住泄漏的，世界上最早出现的蒸汽机也是采用这种密封形式的。而19世纪石油和天然气开采技术的生产与发展，使填料密封的材料有了新的发展。到了20世纪，填料密封因其结构比较简单，价格不贵，来源广泛而获得许多工业部门的青睐。二、密封原理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。显然，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。为此，需要经常对填料的压紧程度进行调整，以便填料中的润滑剂在运行一段时间流失之后，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。显然，这样经常挤压填料，最终将使浸渍剂枯竭，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。三、应用范围填料密封主要用于机械行业中的过程机器和设备运动部分等动密封，比如离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机、反应釜的转轴密封和往复泵、往复式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。四、分类4.1软填料密封软填料密封是一种轴封的最古老形式，它既适用于各种旋转运动、往复运动的轴、杆密封，也适用于低速螺旋运动。尽管多数回转机械的轴密封已经被机械密封所代替，但应用现代新型填料的软填料密封仍获得广泛应用，尤其是在高温、强腐蚀和含固相颗粒介质工况下应用更为广泛。软填料密封结构简单，历史悠久而应用广泛．但对被密封漉体通过轼填料密封的泄漏机理和软填料密封的密封机理并没有完全认识清楚。这里简要分析了流体通过软填料密封的泄漏机理和使软填料密封具有良好密封性能的基本要求，井澄清了有关软填料密封机理的一些模糊认识。众所周知，软填料密封尽管结构简单、应用广泛，对其软填料的开发研究、密封性能研究、结构设计理论等进行了许多卓有成效的工作，但对密封流体的泄漏机理和软填料密封的密封机理并没有完全弄清楚，甚至有一些有关密封机理的概念有待进一步澄清。4.1.1流体通过软填料密封泄漏的机理分析密封的功用是阻止泄漏。当密封装置不能控制正常的允许泄漏量时，就意味着密封失效。软填料密封的失效与机械密封的不同，一般不会在毫无预兆迹象的情况下，突然发生灾难性泄漏．通常泄漏量都是逐步加大的。当然，人们总是希望软填料密封一旦安装后，就能长周期地稳定运行。显然，这种情况只有当填料和填料函的体积以及填料特性保持不变才能达到，但实际上，填料和填料函的体积在运行过程中．都将发生变化。对于填料来说，由于润滑剂的流失、纤维的萎缩、磨损、化学侵蚀、受热分解、挤出等会引起填料体积的减少，而轴的磨损又导致填料函体积的增大。人们研究软填料密封，就是力图使这种变化过程的周期尽可能延长。造成密封泄漏的根本原因有两个，一是密封两侧存在压力差(或浓度差)．或沿泄漏方向有相对运动，由压差引起的流动称为压差流，(由浓度差引起的泄漏为扩散泄漏)，由相对运动引起的流动称为剪切流。即存在着流体泄漏的推动力。二是存在着泄漏通道即流体流动阻力不是无穷大。俏除(或减轻)其中任一因素均可阻止(或减少)泄漏，而以泄漏通道因素对密封性能有最本质的影响。流体通过软填料密封的泄漏有三条途径．即通过填料与静止件界面的泄漏；通过填料本身的泄漏；通过填料与运动界面之间的泄漏。流体通过填料与静止界面的泄漏和流体通过静密封面的泄漏原理一样。流体通过填料本身的泄漏取决于被密封流体的渗透力和软填料本身的内部结构，编结填料易出现这种泄漏。当介质的渗透力强或介质为气体时，通过填料的渗透泄漏几乎不可避免，但具体的泄漏机制有待进一步探索。对于绝大多数液体介质，泄漏主要是通过填料与运动件之间的界面进行。但是，流体通过填料与运动件之间界面泄漏的具体机理如何，目前对其进行直接研究的并不多。不过，国内外学者对弹性密封(o形圈密封和唇形密封)作过大量实验研究、计算分析和理论探讨，提出了有关介质泄漏和密封机理的众多见解．这些成果对揭示软填料密封介质泄漏机理很有启发。被密封流体介质通过填料与运动间界面的泄漏机理有多种形式，常见的有间隙泄漏机理．多孔隙泄漏机理、粘附泄漏机理和动力泄漏机理前两种与静密封处的泄漏规律基本相同，而牯附泄漏是液体在往复运动配合处所特有的泄漏形式，动力泄漏机理是液体在回转运动配台面轴向泄漏的一种形式。（1）间隙泄漏机理间隙泄漏机理指流体通过宏观间隙发生泄漏，泄漏流体的流动遵循流体力学揭示的流体狭缝流动规律。尽管实际的流体泄漏途径可能是曲折多变的，但宏观效果上，可以认为流体是通过一径向间隙为C的环隙狭缝而实现泄漏的。该泄漏机理的物理模型简洁，揭示了流体的粘度、流体在填料密封两端的压差、填料密封的轴向长度、径向阃隙的大小和轴的偏摆程度等对流体泄漏率具有重要影响，这与事实一致，对填料密封的设计和操作具有重要的理论指导意义。但对于实际的软填料密封，当预测其泄漏率时，有效径向间隙Cr的确定颇为困难，因为这一径向间隙取决于具体的密封结构、填料性能和操作工况等。（2）多孔隙泄漏机理间隙泄据机理从宏观的角度出发，揭示软填料密封的流体泄漏规律。但从微观的角度考虑，多孔隙泄漏机理更接近事物的本质。多孔隙泄漏机理认为．密封构件的表面不可能是理想的光滑表面．其微观表面形状是凹凸不平的，许多凸峰和凹坑往往构成了不规则的相互连通的泄漏通道，在流体压差或毛细管的作用下，流体通过这些泄漏通道而实现泄漏。这通常是软填料密封的主要泄漏形式。（3）粘附泄漏机理如果密封面的微观凹陷是一些与泄漏方向垂直且又不连通的“沟槽”，这时只要密封填料与凸棱贴紧，即使填料未填密凹槽，旋转运动时也不致发生泄漏。但是，在往复运动的情况下，则可能发生粘附泄漏。这是因为液体与固体表面的粘附作用，使微观凹槽中留有少量的液体，被运动表面带到外侧，当密封表面返回运动时，被带出的液体不可能原封不动地带回，一定有少量液体被排留在外侧成为漏液，其漏液随往返次数和行程距离的增大而增多。（4）动力泄漏机理转轴密封表面上留有的螺旋形加工痕迹，具有“泵液”作用，当轴转动时，痕迹槽内的液体沿螺旋槽轴向流动，如果流动方向与泄漏方向一致，则轴的转动造成流体泄据率的增加，且随转速的增高，泄漏加剧。这一泄漏机理印为动力泄漏机理。4.1.2软填料密封的密封机理分析如何利用软填料密封有效地解决工业生产中遇到的密封问题，是软填料密封理论研究的主要任务。密封件在实现对被密封流体介质有效密封的同时，必须保证密封有足够长的使用寿命和较低的摩擦功耗和磨损速率。从密封的角度出发，要求泄漏率尽可能小，但必须同时考虑摩擦、磨损和寿命问题。(1)尽量小的密封泄据间隙从流体通过软填料密封泄漏的机理分析可以看出只要存在间隙、存在泄漏通道，就会产生泄漏。软填料密封的本质就是利用密封填料柔软特性、在轴向压紧力的作用下径向膨胀阻塞可能存在的流体泄漏通道。为达到这一目的，软填料密封设计理论认为，对软填料密封施加的力必须使填料与被密封表面之间产生的接触应力能封堵被密封流体压力的作用。一般要求填料函底部的径向接触压力必须等于或大于被密封流体的压力，这一原理一直是软填料密封设计的主要理论准则。多孔隙泄漏机理揭示密封界面的微观不平为流体的泄漏提供了通道，为达到有效密封从而要求填料柔软而富有弹性。填料柔软使其受变形后能较易填塞密封界面的微观泄漏通道，并且摩擦功耗低；良好的填料回弹性可以补偿固体积损失引起的应力松弛，以及降低被密封轴不圆度及偏摆对密封作用的不利影响。要求填料具有良好的回弹性与柔软性，也是开发新型填料一直遵循的基本观点。为了防止或减少牯附作用造成的泄漏，应尽量减少微观凹槽的深度，降低被密封轴的表面粗糙度不失为一种有效方法。减少和防止动力泄漏的有效方法是避免在转轴表面上残留螺旋形痕迹或控制螺旋形痕迹的方向，使之与流体泄漏方向相反。(2)良好的润滑性能软填料密封良好的润滑性能是保证密封长周期运行的必要条件，同时使密封具有较低的摩擦功耗和磨损速率。为了保证良好的润滑条件，软填料密封通常允许少量的泄漏存在。对于一般的填料(不包括具有自润滑性能的填料)只是对流体的流泄起节流作用而不是将其完全阻止或封闭填料中浸渍润滑剂或提高填料本身的自润滑能力就是为保证填料具有良好的润滑性能。(3)软填料密封机理的“轴承效应”和“迷宫效应”辨析关于软填料密封如何保证持久稳定地起密封作用，有两种常见的观点，即“轴承效应”和“迷宫效应”。软填料装人密封腔后，经压盖对它作轴向压缩，使它产生径向力保持与轴紧密接触，建立起密封状态。与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成液膜。呈“边界润滑”状态，类似滑动轴承，故称为“轴承效应”。早在60年代，有人指出，“填料在需要润滑这一方面很像轴承”。有的文献认为，“在典型的密封装置中，流体流经很小的问隙，对于填料就像润滑剂的作用一样当密封构件配台过紧时，流体流不进去，填料就会干转，除非润滑剂由别的方法来提供，否则填料就会发热、变硬，并划伤轴。和轴承的破坏一样”。因此按照“轴承效应”的观点，要求软填料密封必须像轴承一样。应得到良好的润滑。关于“迷宫效应”，意思是说，“填料压紧后，未接触的凹部形成小沟槽，有较厚的液膜，当轴与填料有相对运动时，接触部分与非接触部分组成一道道规则的迷宫，起阻止液流泄漏的作用”，并认为良好的密封在于维持“迷宫效应”。不少作者都支持这一观点。这种“迷宫效应”的解释，气体迷宫密封的原理是气体通过密封齿和膨胀空腔，依靠节流、膨胀和涡流摩擦使速度能转换成摩擦耗能而实现逐级降压达到密封。而填料密封中微观不平度构成的所谓“迷宫”，并投有这种降压作用。实际上，恰恰相反，它是造成多空隙泄漏、粘附泄漏或动力泄漏的基本条件。早在60年代，就人就提到过，“填料函的操作像一个可调整的迷宫。迷宫的大小，决定于填料在轴向力作用下径向膨胀的能力，流体通过填料界面的泄漏可以认为是通过一个有敬径向问隙为Cr的环隙，以层流的形式实现。间隙由无数类似迷宫的泄漏通道所组成，问隙的太小反比于密封比压”。显然，这里提到的“迷宫”，正是为流体泄漏提供的泄漏通道。所以，如果按维持或加强“迷宫效应”的观点改进软填料密封性能将得出相反的效果(4)软填料密封的特点：1不需冲洗和冷却。2可节约轴功率的消耗，节约电能。3永不磨损轴和轴套。4可在线修复（即在不停机的状态调整、修复和补充），维修强度低。5安装简单，维护方便。6无规格限制，可减少库存，使用寿命长。7泄漏量减少或可做到无泄漏。8具有反复使用性，长期使用综合经济效益显著，管理上台阶。4.1.3软密封填料1.软密封填料，俗称泥状软填料，是一种新的无石棉高分子材料合成的密封填料，外观如胶泥状具有特殊的可塑性，能够在填料涵内由两端盘根环封闭住填料后形成圆筒状的滑块，与轴的相对运动面之间产生非常薄的液膜，由于软填料的特殊材料的作用，产生的摩擦热接近于零。因此是世界上产生摩擦阻力最小填料之一，而填料之间高分子阻隔剂的作用保证了介质之间的不渗漏。因此，该种填料是唯一一种可塑的、低摩檫而不需冷却水冲洗的泵用填料。2.根据工作介质及工况条件的不同，选择相应的软填料：工况条件黑色软填料白色软填料黄色软填料温度范围-8℃--180℃-18℃--200℃-20℃--230℃压力范围8BAR10BAR15BAR