對往復(fù)機(jī)械填料密封改進(jìn)的探討

1、往復(fù)機(jī)械填料密封的改進(jìn)黃斌荊門石化新維機(jī)械分公司湖北荊門摘要：針對往復(fù)機(jī)械中常用的填料密封在實際應(yīng)用中存在的儲多問題及不足，在充分分析往復(fù)機(jī)械運行特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際工作經(jīng)驗，提出了相應(yīng)的解決辦法。關(guān)鍵詞：往復(fù)機(jī)械、填料密封、維護(hù)改進(jìn)前言目前石化行業(yè)往復(fù)式機(jī)械的活塞桿密封多是沿用普通的填料密封，填料密封存在著使用壽命短、泄漏現(xiàn)象較嚴(yán)重、影響工廠正常生產(chǎn)和工人身體健康等問題。并且該類密封難以形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、以及通用化，這就給往復(fù)機(jī)械的運行和維護(hù)帶了很大的麻煩。為了解決這一問題，必須摸索出一套針對往復(fù)機(jī)械填料密封的維修和改進(jìn)方法，以便能夠更好地改善往復(fù)機(jī)械的運行狀況。雖然因為石化行業(yè)生產(chǎn)的多

2、樣性，這類密封被使用在不同的工況下，但其仍然存在很多共性，即改進(jìn)的出發(fā)點有許多相似之處。相同之處就在于，不論對高壓油泵、水泵、化工介質(zhì)泵，還是高壓的柱塞密封，如果試圖改善其填料密封狀況，都必須解決以下兩點：1）降低密封腔內(nèi)的壓力；2）解決活塞桿運動時的偏心問題。另外在此基礎(chǔ)上，再采用合理的潤滑方式、設(shè)置排液環(huán)和防塵圈，以及加裝輔助密封環(huán)等輔助措施。經(jīng)實踐證明：只要把這幾個問題綜合考慮好，這類密封的問題就能迎刃而解。下面就上述幾個問題進(jìn)行更進(jìn)一步的探討。1降低壓力負(fù)荷問題往復(fù)機(jī)械活塞桿密封，最要害的問題是密封腔壓力高、對填料的液力沖擊較大，給密封環(huán)的使用帶來了許多困難。因此，降低密封腔的壓力負(fù)荷

3、和阻止液力對填料的沖擊就是這類密封設(shè)計的首要問題。解決的辦法是在密封的最前端設(shè)置一個強(qiáng)度較高的節(jié)流環(huán)讓它一方面起到節(jié)流降壓，控制泄漏量增加的作用，一方面又起到阻止周期性液力沖擊，保護(hù)密封環(huán)的作用。節(jié)流環(huán)的設(shè)計可參考柱塞泵偏心圓環(huán)縫隙中的液體泄漏量近似計算公式：AQ=%d/12lAP>53（1+1.5e2）（m3/S）式中：d-節(jié)流環(huán)的內(nèi)徑（M）P-壓力降（AP=P1-P2）（Pa：N/M2）S-節(jié)流環(huán)與柱塞之間的間隙（M）廠介質(zhì)的動力粘度（Pa.S）即N/M2.S）e-間隙的相對偏心度e-柱塞和節(jié)流環(huán)之間的偏心距（M）通過上式的計算，可以確定關(guān)鍵尺寸一一節(jié)流環(huán)與柱塞之間的間隙5的大小。因

4、為上式中只有AQ和AP（其實是P2）是未知量，而AQ可以根據(jù)間隙S和實際工況預(yù)先確定一個值，這樣P即可通過上式的計算得到。通過得到的AP,我們就可以考察設(shè)計中選取的S值是否合適，如不合適還可重新選取進(jìn)行計算。直到滿意為止。例如中石化荊門分公司丙烷車間泵-5先取S為1.5mm,后經(jīng)反復(fù)驗證最終S取0.8mm,取得滿意效果。當(dāng)然得到的AP是一個近似值，但該公式說明了兩個問題。1）壓降P與間隙S的立方成反比，當(dāng)5稍微減小，P就會顯著增大。表明當(dāng)S較小時，節(jié)流環(huán)產(chǎn)生的壓降就大，就能大大減輕節(jié)流環(huán)后面密封環(huán)的壓力負(fù)荷，改善密封環(huán)的工作條件。2）泄漏量AQ與間隙5的立方成正比，要想使泄漏較小，在考慮活塞桿

5、運行精度的前提下，就必須盡量地減小5值。根據(jù)上面的分析，可以看到設(shè)置節(jié)流環(huán)很有必要，并且在設(shè)計和加工制作時，應(yīng)盡量控制間隙5,不能讓S過大。在壓力較高、對密封環(huán)要求較嚴(yán)格的場合，最好讓節(jié)流環(huán)與柱塞配研制作，以便保證較小的配合間隙。另外，設(shè)計節(jié)流環(huán)時，最好在環(huán)內(nèi)孔中加工一系列迷宮梢，使活塞桿與節(jié)流環(huán)之間形成一系列節(jié)流間隙和膨脹空間，使介1所示。質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)化為熱能，從而起到降低一定壓力的作用。迷宮梢的形式很多，常用的有三角形和矩形，如圖6V(ay圖1節(jié)流環(huán)迷宮梢的形式示意圖（a:三角形，b:矩形）在實際工作中，對石墨類材質(zhì)的節(jié)流環(huán)一般采用矩形。2保證活塞桿的正常運動受往復(fù)泵的固有結(jié)構(gòu)的影響，活塞

6、桿的運動往往不在一根理想的軸線上，運動時常常存在不同程度的偏心。這樣，活塞桿的偏心運動將導(dǎo)致密封伯的偏磨，加劇密封的磨損，從而縮短密封的使用壽命。為了減輕活塞桿運動時的偏心，在維修改進(jìn)上主要從兩個方面加以考慮：1）一般在整套密封的前端設(shè)置一個對活塞桿起支承，導(dǎo)向作用的零件，使活塞桿基本能夠被約束在一條軸線上運動，起這種作用的零件仍由前述的節(jié)流環(huán)承擔(dān)。由于節(jié)流環(huán)具有降壓、支承、防止液力沖擊的三種作用，因此該環(huán)的材料選用應(yīng)從強(qiáng)度、耐磨等方面考慮。2）密封零件應(yīng)有良好的浮動性。以便及時彌補(bǔ)因活塞桿偏心運動而產(chǎn)生的密封間隙。這主要通過密封零件的結(jié)構(gòu)、尺寸和材料選用上來達(dá)到其目的。3）活塞與缸體之間的配

7、合情況，直接影響活塞桿的運動軌跡。嚴(yán)格按規(guī)范要求，定期檢查活塞托瓦與缸體之間配合間隙，及時更換超標(biāo)配件，保證活塞桿的運動軌跡。3填料密封環(huán)結(jié)構(gòu)形式和材料的選擇這兩個問題非常重要，解決得好與否，直接影響到密封的實際效果。填料密封常用的材料有金屬和非金屬兩大類：由于在實際工作中金屬類材料使用較少，故這里只討論非金屬材料的應(yīng)用。密封環(huán)常用字的非金屬材料有橡膠、工程塑料、皮革、石棉、柔性石墨、碳纖維及其它填充、混編材料等。它們的特點是彈性高、浮動性優(yōu)良、耐蝕性好，導(dǎo)熱性、耐磨性視材料不同而差異較大。由于非金屬材料具有在較低的密封力作用下，獲得較大的彈塑性變形的特性，因此它對泄漏問題容易產(chǎn)生較強(qiáng)的填塞作

8、用，這一特性的另一方面表明非非金屬材料自身強(qiáng)度較低。因此在使用它們作為往復(fù)泵的密封環(huán)時，個別特殊場合下，應(yīng)采用加金屬襯墊補(bǔ)強(qiáng)等方法來彌補(bǔ)其不足。非金屬材料的結(jié)構(gòu)形式較多，常用的有軟填料和成型密封圈等。軟填料結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，它主要通過壓蓋將其軸向壓緊，使其產(chǎn)生徑向變形，堵塞間隙而達(dá)到密封效果，其工作原理如圖2所示。其缺點主要是填料磨損較快，要定期調(diào)整壓蓋緊力，以補(bǔ)償因填料磨損而損失的預(yù)緊力，填料更換次數(shù)也較頻繁。圖2軟填料工作原理示意圖成型密封圈是通過模壓或車削加工制作成型。特點是結(jié)構(gòu)比較緊湊、密封性能較好。成型密封圈按工作原理可分為擠壓和唇型兩類。擠壓型密封圈受到安裝溝醋梢的預(yù)壓縮作用，摩

9、擦表面上產(chǎn)生初始接觸壓力，得到預(yù)密封效果。受到介質(zhì)作用力后，產(chǎn)生自緊作用，摩擦面接觸壓力數(shù)值上升，增強(qiáng)密封效果，其工作原理如圖3所示,這類密封圈的主要結(jié)構(gòu)形式為O型、方型、D型等。cb/圖3擠壓型密封圈工作原理示意圖圖4唇型密封圈工作原理示意圖(a:p=v,b:p>v)唇型密封圈截面中有一個或一個以上的唇口，它主要通過介質(zhì)壓力產(chǎn)生比擠壓型密封圈更強(qiáng)的自緊作用來進(jìn)行密封，工作原理見圖4。主要結(jié)構(gòu)形式有V型、U型、Y型、L型等等。非金屬材料密封圈，用途極為廣泛，是往復(fù)泵活塞桿密封主要使用的材料。特別在高壓柱塞泵上。以上我粗略地介紹了它們各種結(jié)構(gòu)的特性，在具體改進(jìn)和使用上還有很多問題，需要仔細(xì)

10、研究，認(rèn)真對待。根據(jù)以上分析，可知非金屬材料自身強(qiáng)度較低，作為高壓往復(fù)泵的密封環(huán)應(yīng)該采取補(bǔ)強(qiáng)措施，避免過早損壞。另外，密封的各種材料和結(jié)構(gòu)形式均存在優(yōu)缺點，任何一種材料和結(jié)構(gòu)形式都很難作到完善無瑕，可以根據(jù)具體情況，使用兩種或兩種以上的材料和結(jié)構(gòu)形式，將它們組合起來，互相取長補(bǔ)短，這樣綜合治理，彈性、強(qiáng)度兼?zhèn)?，常常會取得良好的密封效果。如荊門分公司酮苯車間泵-111、109等均采用了高壓成型軟填料結(jié)構(gòu)即將軟填料利用胎具加工成型后并加裝支承環(huán)在現(xiàn)場應(yīng)用中效果較好。4設(shè)置排液環(huán)和防塵圈問題4.1 設(shè)置排液環(huán)往復(fù)泵的活塞桿密封在使用過程中，其密封環(huán)與設(shè)備的另部件之間存在有極小的間隙，液體在壓差作用下

11、，將逐步隨著這些間隙漏出，這樣有可能在密封的某一個部位出現(xiàn)積液，液體積存后產(chǎn)生過高的壓力使密封環(huán)造成背壓破壞。填料密封環(huán)的損壞后工作介質(zhì)就會順著活塞桿泄漏到大氣中去，造成泄漏明顯化。為了防止密封環(huán)的背壓破壞和工作介質(zhì)順著活塞桿泄漏到大氣中去，造成污染環(huán)境、浪費物料的現(xiàn)象發(fā)生，很有必要在密封的后部設(shè)置排液環(huán)，有意識地將積液從此處排出并直接回流到往復(fù)泵的入口管道中去。這樣一方面解決了上述兩個問題，另外對密封件的潤滑也起到了積極的作用。4.2 設(shè)置防塵圈往復(fù)機(jī)械的活塞桿有一部分始終暴露在空氣或另一相介質(zhì)中，很容易被空氣中的灰塵、雜質(zhì)、或另一相介質(zhì)所粘污。當(dāng)活塞桿每往復(fù)運動一次時，這些雜質(zhì)就有機(jī)會進(jìn)入

12、密封工作面，甚至進(jìn)入缸體，造成不應(yīng)有的磨損。因此有必要采取有效的防塵措施。往復(fù)機(jī)械的防塵措施要靠金屬或非金屬唇型防塵圈來實現(xiàn)。非金屬唇型防塵圈的主要結(jié)構(gòu)形式為J型（也可是雙V型；讓它一個唇防塵，一個唇起密封作用），如圖5所示材料多采用填充四氟和橡膠。圖5非金屬J型防塵圈它主要通過唇口刮擦活塞桿，去除污物。但唇口的刮污能力不如金屬防塵圈，它適用于刮除粘著力較小的污物。由于非金屬材料一般彈性較好，故唇口對活塞桿的浮動貼合性也較好。金屬唇形防塵圈的結(jié)構(gòu)形式主要有J型、錐型等，材料多采用鑄鐵、青銅、軸承合金等。它的唇口刮污能力較強(qiáng)，但由于材料的彈性低，唇口對活塞桿的浮動貼合較差，因此安裝時應(yīng)采取浮動安

13、裝結(jié)構(gòu),以改善它的貼合性（如圖6所示）。.EIH-L-I-JIhndrl1上.I、rTtI>1i1/.t-IU圖6金屬唇型防塵圈的浮動安裝結(jié)構(gòu)5密封件的潤滑密封與潤滑常常就是矛盾著的雙方（不包括自潤滑性材料的零件），尤其是往復(fù)機(jī)械設(shè)備的密封，要求形成穩(wěn)定的連續(xù)液膜，才能起到良好的潤滑作用。但這樣，對密封效果不利，會使泄漏量增加。那么應(yīng)當(dāng)如何解決呢？潤滑是克服磨擦、緩解磨損的有效手段，因此在實際應(yīng)用上必須使密封件的潤滑狀況得到改善。在一般泵的改進(jìn)上，主要是通過導(dǎo)出逐級泄壓后積存的液體介質(zhì)來實現(xiàn)液膜的形成（可見排液環(huán)的重要性），并使之對控制密封零件的溫升起到較好的作用。通過實際使用,證明達(dá)到

14、了改進(jìn)目的。采取這種方法，最大優(yōu)點是省去了附加潤滑裝置，靠介質(zhì)進(jìn)行自身潤滑，這在潤滑性較好的介質(zhì)中使用效果尤佳。6結(jié)論通過討論。結(jié)論如下:1）節(jié)流環(huán)由于對降壓、支承、防止液力沖擊起著相當(dāng)好的作用,因此是整套密封不可缺少的一個重要零件。檢修該零件時，應(yīng)當(dāng)重視配合間隙，越是壓力高的泵，配合精度應(yīng)越高，越需要采取配研。一般要求按接觸面積達(dá)80%均布。2）注意密封件的浮動性、補(bǔ)償性、以便克服活塞桿偏心帶來的偏磨，以及能及時填塞偏心出現(xiàn)的較大泄漏通道。3）密封環(huán)結(jié)構(gòu)形式和材料應(yīng)當(dāng)根據(jù)工況正確選擇。單一的結(jié)構(gòu)形式和材料由于局限性很大，往往不能滿足要求，；應(yīng)當(dāng)采取幾種結(jié)構(gòu)形式和材料的組合，互相揚長避短，以便提高密封效果。4）從避免密封環(huán)免遭背壓破壞，泄漏不致明顯化，依靠液體介質(zhì)自身潤滑和冷卻的角度考慮，設(shè)置排液環(huán)很有必要。它的位置應(yīng)在密封腔長度的2/33/4處（起始位置）。5）為防止污物和物料中硬粒子進(jìn)入密封腔。應(yīng)當(dāng)設(shè)置防塵圈。防塵圈的材料可根據(jù)污物、硬粒子的性質(zhì)正確選擇，以免防塵圈過快失效，一般防塵圈應(yīng)裝配在壓