水泵組合軟填料的密封試驗(yàn)

    填料密封具有填料來源廣、加工容易、價(jià)格低廉、密封可靠、操作簡單等特點(diǎn)，因此適用范圍較廣。近幾年來隨著密封填料的發(fā)展，填料密封在材料、結(jié)構(gòu)形式以及各種特性方面得到了較大的改善，所以在機(jī)械行業(yè)填料密封得到了更為廣泛的應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

 1  填料密封的工作機(jī)理

    在機(jī)械行業(yè)填料密封主要用作動(dòng)密封。常用作離心泵、壓縮機(jī)、真空泵、攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)軸密封，在填料密封的設(shè)計(jì)選擇上，應(yīng)以機(jī)械設(shè)備的工作條件為主要考慮因素，填料的選擇應(yīng)考慮具備如下條件：

（1）有一定的塑性，在壓緊力作用下能產(chǎn)生一定的徑向力并與緊密軸接觸。
（2）有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，不污染介質(zhì)，填料不被介質(zhì)泡脹，填料中的浸漬劑不被介質(zhì)溶解，填料本身不腐蝕密封面。
（3）填料自潤滑性能良好，耐磨，摩擦系數(shù)小。
（4）軸存在少量偏移時(shí)，填料應(yīng)有足夠的浮動(dòng)彈性。
（5）制造簡單、填裝方便

    為此，需要經(jīng)常對(duì)填料的壓緊程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使填料中的潤滑劑在運(yùn)行一段時(shí)間而有所流失之后，再擠出一些潤滑劑，同時(shí)補(bǔ)償填料因體積變化所造成的壓緊力松弛。當(dāng)然這樣經(jīng)常擠壓填料，zui后將使浸漬劑枯竭，所以定期更換填料是必要的。此外，為了維持液膜和帶走摩擦熱，有意讓填料處有少量泄漏也是必要的。

 2  盤根填料在水泵使用中存在的問題

    水泵的軸封一般采用油浸石棉盤根或油浸棉紗盤根。油浸石棉盤根具有耐熱性、柔軟性好、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但它也有致命的缺點(diǎn)：編結(jié)后表面粗糙、摩擦系數(shù)大、有滲漏現(xiàn)象，另外使用久了浸入的潤滑劑容易流失。浸油棉紗盤根在水中長期浸泡會(huì)變得很硬，而且由于膨脹系數(shù)大，摩擦力較大。在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常出現(xiàn)這樣的狀況：新修好的設(shè)備，開始運(yùn)行時(shí)軸封狀況良好，但用不了多久，泄漏量便不斷增加，調(diào)整壓蓋和更換填料的工作也逐漸頻繁，運(yùn)轉(zhuǎn)不到一個(gè)周期，軸套就已磨損成花瓶狀，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)軸套磨斷，并且水封環(huán)后面更換不到的盤根均已腐爛，無法起到密封作用。

總的來開，盤根填料具有如下缺點(diǎn)（1）盤根填料與軸直接接觸，且相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，造成軸與軸套的磨損，所以必須定期或不定期更換軸套。（2）為了使盤根與軸或軸套間產(chǎn)生的摩擦熱及時(shí)散掉，盤根密封必須保持一定量的泄漏，而且不易控制。（3）盤根與軸或軸套間的摩擦，造成電機(jī)有效功率降低，消耗電能，有時(shí)甚至達(dá)到5％－10％的驚人比例。總的來看，盤根填料具有如下缺點(diǎn)：從填料密封的原理來看，流體在密封腔內(nèi)可泄漏的通道有三處：其一是流體穿透纖維材料造成泄漏；其二是從填料與填料箱體之間泄漏；其三是從填料與軸表面之間泄漏。因此防止水泵泄漏zui為關(guān)鍵的措施是：（1）合理選擇密封填料；（2）設(shè)計(jì)合理的密封腔體，調(diào)整適當(dāng)?shù)拿芊鈮壕o力。

  3  組合軟填料密封的設(shè)計(jì)

    設(shè)計(jì)的填料腔結(jié)構(gòu)如圖2所示。填料腔體內(nèi)填充一種優(yōu)良的密封軟材料，它是由碳纖維、高純度石墨、聚四氟乙烯、有機(jī)密封劑等組成。它耐熱－18℃－200℃，zui大壓力0.7Mpa，zui大線速度8m/s，耐腐蝕性強(qiáng)，適用介質(zhì)PH值范圍4－13，主要適用于水介質(zhì)。這種軟填料狀態(tài)為膠泥狀，摩擦系數(shù)低、混合體之間分子吸引力小。在軸的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，填料中的纖維會(huì)纏繞在軸上，并隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，形成一個(gè)“旋轉(zhuǎn)層”，此“旋轉(zhuǎn)層”起到了保護(hù)軸或軸套的作用，避免了軸套磨損，減小了動(dòng)力消耗；隨著“旋轉(zhuǎn)層”直徑的逐漸增大，軸對(duì)纖維的纏繞能力將逐步減弱，沒有與軸纏繞，并且與填料腔內(nèi)壁保持相對(duì)靜止，在填料腔內(nèi)形成一個(gè)“剪切層”，此時(shí)相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的摩擦剪切區(qū)域就存在于填料中間而不是存在于填料與軸之間。另外在注入的填料兩端壓入聚四氟乙烯編結(jié)填料，利用此編結(jié)填料端環(huán)將混合軟填料壓緊。為了使軸在高速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，混合軟填料不被擠壓摔出，特意在填料腔體和壓蓋處設(shè)計(jì)加工了螺旋槽，值得注意的是填料兩端的螺旋槽方向應(yīng)互為相反，這樣保證軸旋轉(zhuǎn)時(shí)能產(chǎn)生使混合填料受到向內(nèi)的泵送作用，有效防止了填料的飛濺。

4  水泵試驗(yàn)情況

    組合填料設(shè)計(jì)制作完成后，在水泵試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)工況如下：電機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min，工作壓力1MPa，介質(zhì)為清水，介質(zhì)溫度常溫。

    填料裝填過程按如下操作步驟進(jìn)行（1）清理填料腔，檢查軸表面是否有劃傷、毛刺等現(xiàn)象，保證軸的粗糙度達(dá)到圖紙要求Ra1.6；（2）用百分表檢查軸在密封部位的徑向跳動(dòng)，其公差應(yīng)在0.03mm-0.08mm范圍內(nèi)。（3）裝填時(shí)對(duì)編結(jié)聚四氟乙烯端環(huán)先取一根與軸同尺寸的木棒，將編結(jié)聚四氟乙烯纏繞在木棒上，再用刀切斷，切口成45º斜面，用一與填料腔同尺寸的木質(zhì)兩半軸套，合于軸上將編結(jié)填料推入腔的深部，并用壓蓋對(duì)木質(zhì)軸套施加一定壓力，使之預(yù)壓縮，注意保持編結(jié)填料在腔底部平整。（3）注入混合膠泥狀填必須邊注入邊用木質(zhì)軸套壓緊，zui后再用編結(jié)聚四氟乙烯壓在填料腔的外邊，均勻上緊壓蓋，同時(shí)用手轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，使裝填后的壓緊力趨于拋物線分布，然后將壓蓋稍放松，填料裝填完畢。進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，剛啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，泄漏情況以間斷滴漏為主，當(dāng)泄漏增大時(shí)，適當(dāng)調(diào)緊壓蓋螺栓。若發(fā)熱過大，將螺栓放松一下。運(yùn)行正常后，泄漏基本停止。試運(yùn)行60h后，打開填料密封腔觀察，編結(jié)聚四氟乙烯端環(huán)形狀保持完整，混合軟填料沒有摔出現(xiàn)象，軸上毫無磨損跡象。

5 結(jié)論

（1）組合式軟填料有效提高了泵的機(jī)械效率，減少了對(duì)軸的磨損。由于填料壓蓋處可保持長期不滴漏，保護(hù)環(huán)境（2）維護(hù)保養(yǎng)方便，在泄漏量大時(shí)，可進(jìn)行不停工注入填料，延長了泵的連續(xù)工作時(shí)間，節(jié)約了人工和維修的費(fèi)用。據(jù)初步估算節(jié)約的能耗每臺(tái)泵每年節(jié)約上萬元。
（3）組合式軟填料具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。

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