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填料密封技术最新进展综述
摘要:对填料密封的基本结构及原理、传统密封缺点以及新型填料密封材料、技术进行介绍,展现当前最新填料密封技术的发展趋势及前景。
关键词:填料密封、泄漏、纤维、新型材料。
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填料密封又称盘根密封,是利用填料在填料函中挤压,来阻止介质的泄漏。主要用于往复运动、旋转运动和螺旋转运动元件的密封。如离心泵、转子泵、往复泵、搅拌机、阀杆等设备的密封,以及各种阀门密封,只应用于非腐蚀性或弱腐蚀性,且对密封要求不高的介质。由于填料材质粗糙,进而在轴周围形成一道遭空隙,形成类似于迷宫密封的密封形式。更换填料及操作都较机械密封简单,但容易泄漏,应用周期短[1]。

以泵体的密封为例,填料密封结构由填料轴套、挡环、冷却水管、填料和填料压盖等组成,结构如图1所示。填料室由泵体和泵盖组成,填料装在填料室内。
其密封机理是:编织填料装入泵的填料函后,填料与轴、填料与填料函内壁接触面之间有一个环状微小间隙;泵工作时,填料一方面阻止高压水向外泄漏造成浪费,另一方面也阻止外部空气进入水泵,影响水泵的抽水性能。填料在填料函内受到预紧力的作用而变形。填充环状间隙,并产生径向压力。当这种径向力大于介质压力时,便阻止介质泄漏。实现介质密封。可见,只有填料对轴的压紧力足够大时,才能达到密封效果;但此时,转动轴必须克服盘根的压紧力而旋转。当填料装配紧密时。会导致填料函过热。轴套与填料间机械磨损大。消耗功率大。当填料装配疏松时,又达不到密封效果,易造成泄漏,能耗增加。因此常引入泵内压力介质对轴套进行冷却和润滑。也就是说,允许一定流量的介质从泵中向外泄漏。水封管引入泵壳内的压力水进行冷却和润滑,但水太多又会造成浪费。在填料密封中,泄漏量少时散热不足,泄漏量大时,泵的工作效率降低。常用的填料有浸油石棉填料、石墨石棉填料[2]。

(1)轴套磨损和电能损耗较大
因为填料密封的密封力来源于压盖对填料的轴向压力而使填料产生径向扩张力,造成填料与轴之间形成较大的摩擦,产生磨损[3],所以需要周期更换轴套,而克服这种摩擦,必然要消耗一定的电能。
(2)有泄漏损耗
由泵壳引出的高压水,从轴与填料问的隙面排出,增大了泵的容积损失,从而降低了泵的效率。
(3)水封环对填料的影响
水封环起着使冷却水分散均匀及减少密封泄漏的作用,但不打开泵壳更换填料时,水封环不易取出,水封环内填料不能更换。
(4)维修工作量大
为了更换轴套,必须拆下泵轴,把联轴器、轴承取出,工作量大,拆装次数多亦影响配合精度,而且必须停机,影响供水。

随着许多新材料的问世,很多新型密封填料得以开发。天然纤维棉、麻、毛填料等,因其物理、化学性能较差,使用范围有限,寿命短,故目前很少采用。而属于矿物纤维的石棉纤维,由于具有柔软性好、耐热性优异、强度高、耐磨损和耐酸、碱及多种化学品等一系列优点,适合作密封填料。但由于石棉已被公认为是一种对人体有害的致癌物质,会危害人体健康。一些发达国家已明令禁止生产、使用石棉制品(包括石棉的密封材料),但我国目前仍然使用石棉填料。

以合成纤维为主的填料,应用越来越广泛[4]。如聚四***乙烯(聚四***乙烯简称PTFE,