填料密封浅谈
1 前言 (2)
2 填料密封 (2)
2.1 填料密封简介 (2)
2.2 填料密封的密封机理 (3)
2.3 密封材料的选择 (5)
2.3.1 软填料密封材料的要求 (5)
2.3.2 填料密封常用材料及结构形式 (5)
2.3.2.1 常用材料 (5)
2.3.2.2 典型的软填料结构形式 (5)
2.3.2.3 软填料密封材料的选择 (7)
2.4 软填料密封存在的问题与改进 (7)
2.4.1 主要存在的问题 (7)
2.4.2 改进措施 (9)
3 结束语 (11)
1 前言
泄露是机械设备常产生的常见故障之一，造成泄露的原因主要有两方面：一是由于机械作用的结果，机械产品的表面必然存在各种缺陷和形状及尺寸偏差，因此，在机械零件联接处不可避免地会产生间隙；二是密封两侧存在压力差，工作介质就会通过间隙而泄露。减小或消除间隙是阻止泄露的主要途径，密封的作用就是将接合面间的间隙封住，隔离或切断泄露通道，增加泄露通道中的阻力，或者在通道中加设小型做功元件，对泄露物造成压力，与引起泄露的压差部分抵消或完全平衡，以阻止泄露。
密封可分为相对静止接合面间的静密封和相对运动接合面间的动密封两大类。静密封主要有点密封，胶密封和接触密封三大类。根据工作压力，静密封由可分为中低压静密封和高压静密封。中低压静密封常用材质较软，垫片较宽的垫密封，高压静密封则用材料较硬，接触宽度很窄的金属垫片。动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。按密封件与其作用相对运动的零部件是否接触，可以分为接触式密封和非接触式密封。一般说来，接触式密封的密封性好，但受摩擦磨损限制，适用于密封面线速度较低的场合。非接触式密封的密封性较差，适用于较高速度的场合。
本论文主要浅谈一下就目前较常用密封形式——填料密封。
2 填料密封
2.1 填料密封简介
填料密封按工作原理的不同可以分为填塞型软填料密封和成型填料密封（挤压型弹性体密封圈密封）。
软填料密封又称为压紧填料密封，俗称盘根。盘根密封是最古老的一种密封结构，在我国古代的提水机械中，就是用填塞棉纱的方法来堵住泄漏的，世界上最早出现的蒸汽机也是采用这种密封形式的。而19世纪石油和天然气开采技术的生产与发展，使填料密封的材料有了新的发展。到了20世纪，填料密封因其结构比较简单，价格不贵，来源广泛而获得许多工业部门的青睐。
软填料密封通常用作旋转或往复运动的元件与壳体之间环形空间的密封，如离心泵、转子泵、往复泵、搅拌机及反应釜的轴封，还有阀门的阀杆密封，管线膨胀节、换热器浮头及其它设备的密封。它是能适应各种旋转运动、往复运动和螺旋运动的元件密封。
2.2 填料密封的密封机理
填料密封的基本结构如图1所示，填料密封装置由填料箱、填料、封液环环和填料压盖等组成。
图1 填料密封基本结构
填料装入填料腔后，经压盖对它作轴向压缩，使它产生径向力保持与轴紧密接触，建立起密封状态。与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成液膜，呈“边界润滑”状态，类似滑动轴承，既所谓的“轴承效应”，故应有足够的液体进行润滑，以保证密封有一定的寿命。
填料被压紧后，未接触的凹部形成小沟槽，有较厚的液膜，当轴与填料有相对运动时，接触部分与非接触部分组成一道道不规则的迷宫，起到了阻堵液流泄漏的作用，故称“迷宫效应”。正是凭借这种效应，使流体沿轴向流动受阻而达到密封。
由此可见良好的软填料密封即是“轴承效应”和“迷宫效应”的综合。适当的压紧力使轴与填料之间保持必要的液体润滑膜，可减少摩擦磨损，提高使用
寿命。压紧力过小，泄漏严重，而压紧力过大，则难以形成润滑液膜，密封面呈干摩擦状态，磨损严重。密封寿命将大大缩短。因此如何控制合理的压紧力是保证软填料密封具有良好密封性的关键。
此外，填料密封的研究和使用中还要考虑到一下几点：
1）间隙泄漏机理
间隙泄漏是指流体通过宏观间隙发生的泄漏，所以为了防止流体形成此泄漏，对填料施加的压紧力必须使填料与被密封表面之间产生的接触比压能封住泄漏流体。这就要求，填料函底部的径向接触比压不小于泄漏流体的轴向压力。这一机理一直是填料理论研究的主要准则。
2）多孔隙泄漏机理
密封构件的表面不可能是理想的光滑表面，其微观形状是凹凸不平的，许多凹坑和凸坑往往构成了不规则的相互连通的泄漏通道，这些通道就会产生多孔隙的泄漏。显然，追求表面过分光滑，无疑会增加加工成本，同时按轴承效应分析，过分光滑的轴难于形成必要的润滑膜，反而会降低密封的寿命。所以，要求密封填料具有良好的回弹性和柔软性，使其受压变形后能填充这些微观的泄漏通道，当密封表面相互运动时，填料能及时嵌入新的凹坑以堵住泄漏流体。这一机理提出的要求填料具有良好的回弹性和柔软性的观点，是填料一直遵循的基本观点。。3）粘附泄漏机理
如果密封面的微观凹陷是一些与泄漏方向垂直而又不连通的“沟槽”，这时只要填料与凸棱贴紧，即使未填密凹槽也不发生泄漏。但是，在往复运动的情况下，则可能发生粘附泄漏。这是因为液体与固体表面的粘附作用，使微观凹槽中留有少量液体，被运动表面带到外侧，当密封表面返回运动时，被带出的液体不能原封不动地带回，一定有少量液体被排流在外侧成为漏液，其漏液随往复次数和行程距离的增大而增多。为了防止或减少粘附泄漏，应尽量减少微观凹槽的深度，且使微观顶峰等高。
4）动力泄漏机理
转轴密封表面上留有螺旋形加工痕迹，具有“泵液”的作用，当轴转动时，痕迹槽内的液体会沿螺旋槽轴向流动，如果流动方向与泄漏方向一致。其泄漏量随轴的转速增高而增大。防止转轴动力泄漏的有效方法是避免在转轴表面上残留
螺旋形痕迹或控制痕迹的螺旋方向使之与流体泄漏方向相反。
2.3 密封材料的选择
2.3.1 软填料密封材料的要求
对软填料密封材料的要求有以下几点：
1）有一定的塑性。在压紧力作用下能产生一定的径向力并紧密与轴接触。
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）自润滑性能良好。耐磨、摩擦系数小。
4）轴存在少量偏心时，填料应有足够的浮动弹性。
5）制造简单，装填方便。
2.3.2 填料密封常用材料及结构形式
2.3.2.1 常用材料
常用的填料材料主要有纤维质材料和非纤维质材料两大类。
纤维质材料包括：天然纤维、矿物纤维、合成纤维（聚四氟乙烯纤维、碳纤维、酚醛纤维、芳纶纤维等）、陶瓷和金属纤维。
非纤维质材料中柔性石墨应用较广。柔性石墨做成板材后模压成密封填料使用。柔性石墨又称膨胀石墨，它是把天然鳞片石墨中的杂质除去，再经强氧化混
，体积急剧膨胀，变成了合酸处理后成为氧化石墨。氧化石墨受热分解放出CO
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质地疏松、柔软而又有韧性的柔性石墨。柔性石墨有优异的耐热性的耐寒性，有优异的耐化学腐蚀性，有良好的自润滑性，回弹率高。
2.3.2.2 典型的软填料结构形式
1）绞合填料
