【论文摘要】水泵组合软填料的密封试验

填料密封具有填料来源广、加工容易、价格低廉、密封可靠、操作简单等特点，因此适用范围较广。近几年来随着密封填料的发展，填料密封在材料、结构形式以及各种特性方面得到了较大的改善，所以在机械行业填料密封得到了更为广泛的应用，取得了良好的经济效益。

1 填料密封的工作机理

在机械行业填料密封主要用作动密封。常用作离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机的转轴密封，在填料密封的设计选择上，应以机械设备的工作条件为主要考虑因素，填料的选择应考虑具备如下条件：

（1） 有一定的塑性，在压紧力作用下能产生一定的径向力并与紧密轴接触。

（2） 有足够的化学稳定性，不污染介质，填料不被介质泡胀，填料中的浸渍剂不被介质溶解，填料本身不腐蚀密封面。

（3） 填料自润滑性能良好，耐磨，摩擦系数小。

（4） 轴存在少量偏移时，填料应有足够的浮动弹性。

（5） 制造简单、填装方便

为此，需要经常对填料的压紧程度进行调节，使填料中的润滑剂在运行一段时间而有所流失之后，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。当然这样经常挤压填料，最后将使浸渍剂枯竭，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。

2 盘根填料在水泵使用中存在的问题

水泵的轴封一般采用油浸石棉盘根或油浸棉纱盘根。油浸石棉盘根具有耐热性、柔软性好、强度高等优点，但它也有致命的缺点：编结后表面粗糙、摩擦系数大、有渗漏现象，另外使用久了浸入的润滑剂容易流失。浸油棉纱盘根在水中长期浸泡会变得很硬，而且由于膨胀系数大，摩擦力较大。在实际生产中，经常出现这样的状况：新修好的设备，开始运行时轴封状况良好，但用不了多久，泄漏量便不断增加，调整压盖和更换填料的工作也逐渐频繁，运转不到一个周期，轴套就已磨损成花瓶状，严重时还会出现轴套磨断，并且水封环后面更换不到的盘根均已腐烂，无法起到密封作用。

总的来开，盘根填料具有如下缺点（1）盘根填料与轴直接接触，且相对转动，造成轴与轴套的磨损，所以必须定期或不定期更换轴套。（2）为了使盘根与轴或轴套间产生的摩擦热及时散掉，盘根密封必须保持一定量的泄漏，而且不易控制。（3）盘根与轴或轴套间的摩擦，造成电机有效功率降低，消耗电能，有时甚至达到5％－10％的惊人比例。总的来看，盘根填料具有如下缺点：从填料密封的原理来看，流体在密封腔内可泄漏的通道有三处：其一是流体穿透纤维材料造成泄漏；其二是从填料与填料箱体之间泄漏；其三是从填料与轴表面之间泄漏。因此防止水泵泄漏最为关键的措施是：（1）合理选择密封填料；（2）设计合理的密封腔体，调整适当的密封压紧力。

3 组合软填料密封的设计

设计的填料腔结构如图2所示。填料腔体内填充一种优良的密封软材料，它是由碳纤维、高纯度石墨、聚四氟乙烯、有机密封剂等组成。它耐热－18℃－200℃，最大压力0.7Mpa，最大线速度8m/s，耐腐蚀性强，适用介质PH值范围4－13，主要适用于水介质。这种软填料状态为胶泥状，摩擦系数低、混合体之间分子吸引力小。在轴的运转过程中，填料中的纤维会缠绕在轴上，并随轴一起转动，形成一个“旋转层”，此“旋转层”起到了保护轴或轴套的作用，避免了轴套磨损，减小了动力消耗；随着“旋转层”直径的逐渐增大，轴对纤维的缠绕能力将逐步减弱，没有与轴缠绕，并且与填料腔内壁保持相对静止，在填料腔内形成一个“剪切层”，此时相对旋转运动的摩擦剪切区域就存在于填料中间而不是存在于填料与轴之间。另外在注入的填料两端压入聚四氟乙烯编结填料，利用此编结填料端环将混合软填料压紧。为了使轴在高速转动过程中，混合软填料不被挤压摔出，特意在填料腔体和压盖处设计加工了螺旋槽，值得注意的是填料两端的螺旋槽方向应互为相反，这样保证轴旋转时能产生使混合填料受到向内的泵送作用，有效防止了填料的飞溅。

4 水泵试验情况

组合填料设计制作完成后，在水泵试验台上进行试验。试验台设计工况如下：电机转速1500r/min，工作压力1MPa，介质为清水，介质温度常温。

填料装填过程按如下操作步骤进行（1）清理填料腔，检查轴表面是否有划伤、毛刺等现象，保证轴的粗糙度达到图纸要求Ra1.6；（2）用百分表检查轴在密封部位的径向跳动，其公差应在0.03mm-0.08mm范围内。（3）装填时对编结聚四氟乙烯端环最好先取一根与轴同尺寸的木棒，将编结聚四氟乙烯缠绕在木棒上，再用刀切断，切口最好成45º斜面，用一与填料腔同尺寸的木质两半轴套，合于轴上将编结填料推入腔的深部，并用压盖对木质轴套施加一定压力，使之预压缩，注意保持编结填料在腔底部平整。（3）注入混合胶泥状填必须边注入边用木质轴套压紧，最后再用编结聚四氟乙烯压在填料腔的外边，均匀上紧压盖，同时用手转动主轴，使装填后的压紧力趋于抛物线分布，然后将压盖稍放松，填料装填完毕。进行运转试验，刚启动运转时，泄漏情况以间断滴漏为主，当泄漏增大时，适当调紧压盖螺栓。若发热过大，将螺栓放松一下。运行正常后，泄漏基本停止。试运行60h后，打开填料密封腔观察，编结聚四氟乙烯端环形状保持完整，混合软填料没有摔出现象，轴上毫无磨损迹象。

5 结论

（1） 组合式软填料有效提高了泵的机械效率，减少了对轴的磨损。由于填料压盖处可保持长期不滴漏，保护环境。

（2） 维护保养方便，在泄漏量大时，可进行不停工注入填料，延长了泵的连续工作时间，节约了人工和维修的费用。据初步估算节约的能耗每台泵每年节约上万元。

（3） 组合式软填料具有广阔的应用价值。