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離心清水泵碟形彈簧填料密封的如何改進設(shè)計?發(fā)布者：廈門力常彈簧有限公司 發(fā)布時間：2019-07-08 21:45
填料密封是用填料填塞泄漏通道阻止泄漏的一種密封形式。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、裝拆維修方便、成本低廉而廣泛應(yīng)用于離心泵上。在離合泵上的填料密封既是動密封, 又是靜密封, 所用填料為油浸石棉盤碟簧根軟填料。其不足之處在于密封性能較差,對軸或軸套磨損大, 損失功耗大以及使用壽命短等。近幾年, 許多從事填料密封的研究工作者, 在密封的機理以及結(jié)構(gòu)研究上做了大量的工作, 使得填料密封的結(jié)構(gòu)更為科學(xué)合理, 本文介紹的結(jié)構(gòu)是在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進行的改進。
1 傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu)及其缺陷
1.1密封結(jié)構(gòu)與工作原理
在傳統(tǒng)填料密封中, 內(nèi)部流體可能通過下列途徑泄漏 :
①流體穿過填料本身的縫隙而出現(xiàn)滲漏;
�、诹黧w通過填料與轉(zhuǎn)軸之間的縫隙而泄漏;
③流體通過填料與箱壁之間的縫隙而泄漏。填料置于填料箱中, 通過壓蓋將填料壓緊在軸上, 填料依靠壓蓋軸向壓緊, 產(chǎn)生徑向變形, 填滿間隙。填料在變形時, 依靠徑向變形產(chǎn)生的徑向力緊貼轉(zhuǎn)軸與填料箱內(nèi)壁表面, 實現(xiàn)密封。
這就是說, 在填料密封可能出現(xiàn)的三個泄漏途徑中, 填料本身的縫隙泄漏可以通過壓實軟填料的方法來消除; 箱壁內(nèi)表面與填料之間的泄漏，因為無相對運 動且填料被壓實而與填料箱內(nèi)壁表面緊密貼合, 達到了止漏目的 ; 只有填料與轉(zhuǎn)軸之間, 因有相對運動, 并存在微小間隙, 所以常造成泄漏。
1.2 填料徑向壓力的分布
填料徑向壓力分布如圖 1 所示, 由圖可看出填料徑向壓力的分布趨勢。該徑向壓力是由擰緊壓蓋螺栓時引起填料變形而產(chǎn)生的, 其由外端向內(nèi)端遞減, 且由急劇遞減到趨 向平緩。介質(zhì)壓力分布見圖1, 其介質(zhì)壓力由內(nèi)端逐漸 向外端遞減。當(dāng)外端的介質(zhì)壓力為零時, 則密封狀態(tài)最佳 (泄漏量為零 ) ; 而當(dāng)外端的介質(zhì)壓力大于零時, 則泄漏量隨著介質(zhì)壓力的增大而增大。由上述分析可知: 填料的徑向壓力的分布與介質(zhì)的壓力分布恰恰相反, 內(nèi)端介質(zhì)壓力最大, 此處所需 的碟形彈簧密封力要大, 但填料 的徑向壓(緊) 力卻恰好為最小, 這就暴露出傳統(tǒng)填料密封的缺陷。
從圖 1 可 以看出: 介質(zhì)壓力曲線和填料壓力曲線有一個交點 A , 在正常情況下, 交點 A 的位置是相對穩(wěn)定的; 但實際上, 圖中兩曲線的交點 A 是可變的, 若介質(zhì)的壓力增大時, 介質(zhì)壓力曲線將平行向右 (外側(cè) ) 移動 , 移動的結(jié)果可能造成軸封泄漏 ;為杜絕泄漏就要加大填料的徑向壓力, 這樣就使得填料壓力曲線發(fā)生位移, 通常是向左側(cè)移動, 移動的結(jié)果將使得 A 點右側(cè)的 區(qū)域增大, 造成在此區(qū)域的填料壓緊力過大, 從而造成軸或軸套磨損嚴重。
1.3 傳統(tǒng)填料密封的不足
( l ) 預(yù) 緊力恒定。預(yù)緊力恒定, 即密封力恒定,而被密封介質(zhì)的壓力是波動變化的, 這就可能出現(xiàn)密封填料過度密封或密封不足。
( 2 ) 軸或軸套磨損嚴重。密封力不足時 , 采取的方法往往是加大預(yù)緊力, 這樣使預(yù)緊力過大, 造成密封填料與軸接觸面之間的摩擦力加大 , 并導(dǎo)致填料對軸或軸套磨損嚴重 , 功率損失增大, 泵的機械效率降低 。
( 3 ) 檢修周期短。由于填料對軸或軸套磨損嚴重, 為使泵正常運轉(zhuǎn), 停機更換填料 的次數(shù)就增多,這樣運行成本就提高了。
2 填料密封的結(jié)構(gòu)改造
2.1 密封結(jié)構(gòu)
在分析了傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu)、工作原理及其缺陷后, 要想改善和提高填料密封的密封效果, 在填料密封結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮解決的問題是 :
( l ) 盡量使徑向壓緊力均勻且與泄漏壓力規(guī)律一致, 使軸套承壓面受壓均勻, 從而使軸套磨損小而且均勻。
( 2 ) 使填料密封結(jié)構(gòu)中的填料具有補償能力、足夠的潤滑性和彈性。
( 3 ) 密封的填料沿軸向抱緊力應(yīng)均勻分布。鑒于以上分析, 新型的填料密封結(jié)構(gòu)應(yīng)該是一種能夠自動根據(jù)被密封介質(zhì)壓力的變化而變化密封力的填料密封結(jié)構(gòu)。
改造后的填料密封結(jié)構(gòu)見圖2 , 主要由軸封箱、軸封腔套、填料、壓蓋、軸封腔套螺栓 以及彈簧等組成。
2.2 分析
當(dāng)密封工作時, 首先通過軸封腔套螺栓給填料一個預(yù)緊力, 此力是通過軸封腔套反向施加在填料上的, 填料 因變形而產(chǎn)生徑向力, 由于 整個填料塊在受力過程中是雙向受力 , 兩側(cè)所受的力是相等的, 所以應(yīng)該以填料中線為基準, 左右兩側(cè)分別進行受力分析, 受力如圖3 , 現(xiàn)對左側(cè)進行分析, 其受力分析和計算解析過程如下:
插入兩個截圖
這里把密封腔內(nèi)介質(zhì)壓力 (Pi)看作是定值, 則軟填料的柔軟系數(shù) ( K ) , 摩擦系數(shù) (μ) , 填料環(huán) 外徑( R ), 填料環(huán)內(nèi)徑 ( r ) , 填料環(huán)長度 ( L ) , 都是已知,故可以作出填料密封軸向壓緊力的圖形, 見圖4。
由圖 4 可見, 填料因變形而產(chǎn)生的徑向力正好從密封腔的內(nèi)端向外端逐漸遞減, 此時, 實際上填料對軸表面產(chǎn)生的徑向壓力在軸向剛好同介質(zhì)壓力分布趨勢一致, 這就從本質(zhì)上實現(xiàn)了加大密封力的要求。由于在軸封腔套的連接螺栓上加了彈簧, 可以實現(xiàn)填料對軸的密封力可隨密封介質(zhì)壓力的變化而變化, 保持了填料的彈性, 從而使填料具有良好的密封性能和長的使用壽命。
另外 , 軸封箱與軸封腔套底端端面之間有一伸縮間隙 , 此伸縮間隙除了滿足填料的伸縮外, 還具有迷宮的效應(yīng)和起到均勻分布介質(zhì)壓力的作用。軸封腔套底端內(nèi)孔設(shè)計有螺旋槽, 與軸的外表面之間構(gòu)成螺旋槽密封。
3結(jié)論
針對傳統(tǒng)填料密封的結(jié)構(gòu)特點與密封原理, 分析了對密封填料加載所引起的密封填料受力的不合理性; 從力學(xué)的角度出發(fā), 對傳統(tǒng)填料密封的結(jié)構(gòu)進行了改造, 提出了反向加力 的新型 填料密封的結(jié)構(gòu), 在結(jié)構(gòu)和性能上克服了傳統(tǒng)填料密封的不足,使得填料密封的原理與結(jié)構(gòu)更為合理, 其密封性能和使用壽命得到提高,有一定的參考價值。
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1 傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu)及其缺陷
1.1密封結(jié)構(gòu)與工作原理
在傳統(tǒng)填料密封中, 內(nèi)部流體可能通過下列途徑泄漏 :
①流體穿過填料本身的縫隙而出現(xiàn)滲漏;
�、诹黧w通過填料與轉(zhuǎn)軸之間的縫隙而泄漏;
③流體通過填料與箱壁之間的縫隙而泄漏。填料置于填料箱中, 通過壓蓋將填料壓緊在軸上, 填料依靠壓蓋軸向壓緊, 產(chǎn)生徑向變形, 填滿間隙。填料在變形時, 依靠徑向變形產(chǎn)生的徑向力緊貼轉(zhuǎn)軸與填料箱內(nèi)壁表面, 實現(xiàn)密封。
這就是說, 在填料密封可能出現(xiàn)的三個泄漏途徑中, 填料本身的縫隙泄漏可以通過壓實軟填料的方法來消除; 箱壁內(nèi)表面與填料之間的泄漏，因為無相對運 動且填料被壓實而與填料箱內(nèi)壁表面緊密貼合, 達到了止漏目的 ; 只有填料與轉(zhuǎn)軸之間, 因有相對運動, 并存在微小間隙, 所以常造成泄漏。
1.2 填料徑向壓力的分布
填料徑向壓力分布如圖 1 所示, 由圖可看出填料徑向壓力的分布趨勢。該徑向壓力是由擰緊壓蓋螺栓時引起填料變形而產(chǎn)生的, 其由外端向內(nèi)端遞減, 且由急劇遞減到趨 向平緩。介質(zhì)壓力分布見圖1, 其介質(zhì)壓力由內(nèi)端逐漸 向外端遞減。當(dāng)外端的介質(zhì)壓力為零時, 則密封狀態(tài)最佳 (泄漏量為零 ) ; 而當(dāng)外端的介質(zhì)壓力大于零時, 則泄漏量隨著介質(zhì)壓力的增大而增大。由上述分析可知: 填料的徑向壓力的分布與介質(zhì)的壓力分布恰恰相反, 內(nèi)端介質(zhì)壓力最大, 此處所需 的碟形彈簧密封力要大, 但填料 的徑向壓(緊) 力卻恰好為最小, 這就暴露出傳統(tǒng)填料密封的缺陷。
從圖 1 可 以看出: 介質(zhì)壓力曲線和填料壓力曲線有一個交點 A , 在正常情況下, 交點 A 的位置是相對穩(wěn)定的; 但實際上, 圖中兩曲線的交點 A 是可變的, 若介質(zhì)的壓力增大時, 介質(zhì)壓力曲線將平行向右 (外側(cè) ) 移動 , 移動的結(jié)果可能造成軸封泄漏 ;為杜絕泄漏就要加大填料的徑向壓力, 這樣就使得填料壓力曲線發(fā)生位移, 通常是向左側(cè)移動, 移動的結(jié)果將使得 A 點右側(cè)的 區(qū)域增大, 造成在此區(qū)域的填料壓緊力過大, 從而造成軸或軸套磨損嚴重。
1.3 傳統(tǒng)填料密封的不足
( l ) 預(yù) 緊力恒定。預(yù)緊力恒定, 即密封力恒定,而被密封介質(zhì)的壓力是波動變化的, 這就可能出現(xiàn)密封填料過度密封或密封不足。
( 2 ) 軸或軸套磨損嚴重。密封力不足時 , 采取的方法往往是加大預(yù)緊力, 這樣使預(yù)緊力過大, 造成密封填料與軸接觸面之間的摩擦力加大 , 并導(dǎo)致填料對軸或軸套磨損嚴重 , 功率損失增大, 泵的機械效率降低 。
( 3 ) 檢修周期短。由于填料對軸或軸套磨損嚴重, 為使泵正常運轉(zhuǎn), 停機更換填料 的次數(shù)就增多,這樣運行成本就提高了。
2 填料密封的結(jié)構(gòu)改造
2.1 密封結(jié)構(gòu)
在分析了傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu)、工作原理及其缺陷后, 要想改善和提高填料密封的密封效果, 在填料密封結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮解決的問題是 :
( l ) 盡量使徑向壓緊力均勻且與泄漏壓力規(guī)律一致, 使軸套承壓面受壓均勻, 從而使軸套磨損小而且均勻。
( 2 ) 使填料密封結(jié)構(gòu)中的填料具有補償能力、足夠的潤滑性和彈性。
( 3 ) 密封的填料沿軸向抱緊力應(yīng)均勻分布。鑒于以上分析, 新型的填料密封結(jié)構(gòu)應(yīng)該是一種能夠自動根據(jù)被密封介質(zhì)壓力的變化而變化密封力的填料密封結(jié)構(gòu)。
改造后的填料密封結(jié)構(gòu)見圖2 , 主要由軸封箱、軸封腔套、填料、壓蓋、軸封腔套螺栓 以及彈簧等組成。
2.2 分析
當(dāng)密封工作時, 首先通過軸封腔套螺栓給填料一個預(yù)緊力, 此力是通過軸封腔套反向施加在填料上的, 填料 因變形而產(chǎn)生徑向力, 由于 整個填料塊在受力過程中是雙向受力 , 兩側(cè)所受的力是相等的, 所以應(yīng)該以填料中線為基準, 左右兩側(cè)分別進行受力分析, 受力如圖3 , 現(xiàn)對左側(cè)進行分析, 其受力分析和計算解析過程如下:
插入兩個截圖
這里把密封腔內(nèi)介質(zhì)壓力 (Pi)看作是定值, 則軟填料的柔軟系數(shù) ( K ) , 摩擦系數(shù) (μ) , 填料環(huán) 外徑( R ), 填料環(huán)內(nèi)徑 ( r ) , 填料環(huán)長度 ( L ) , 都是已知,故可以作出填料密封軸向壓緊力的圖形, 見圖4。
由圖 4 可見, 填料因變形而產(chǎn)生的徑向力正好從密封腔的內(nèi)端向外端逐漸遞減, 此時, 實際上填料對軸表面產(chǎn)生的徑向壓力在軸向剛好同介質(zhì)壓力分布趨勢一致, 這就從本質(zhì)上實現(xiàn)了加大密封力的要求。由于在軸封腔套的連接螺栓上加了彈簧, 可以實現(xiàn)填料對軸的密封力可隨密封介質(zhì)壓力的變化而變化, 保持了填料的彈性, 從而使填料具有良好的密封性能和長的使用壽命。
另外 , 軸封箱與軸封腔套底端端面之間有一伸縮間隙 , 此伸縮間隙除了滿足填料的伸縮外, 還具有迷宮的效應(yīng)和起到均勻分布介質(zhì)壓力的作用。軸封腔套底端內(nèi)孔設(shè)計有螺旋槽, 與軸的外表面之間構(gòu)成螺旋槽密封。
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