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啤嶺機(jī)電設(shè)備(上海)有限公司

柱塞泵填料密封結(jié)構(gòu)與原理

2025-07-31

傳統(tǒng)填料函的密封結(jié)構(gòu)由填料裝于填料函內(nèi),通過填料壓蓋將填料壓在軸的表面。【旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)】由于軸表面總有些粗糙,其與填料只能是部分貼合,而部分未接觸,形成無數(shù)迷宮。當(dāng)帶壓介質(zhì)通過軸表面時(shí),介質(zhì)被多次節(jié)流,憑借這“迷官效應(yīng)”而達(dá)到密封。填料與軸表面的貼合、摩擦,類似滑動(dòng)軸承,故應(yīng)有足夠的液體進(jìn)行潤(rùn)滑,以保證密封有一定的壽命,即所謂的“軸承效應(yīng)”。由此可見,對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的密封,良好的填料密封,即是迷宮效應(yīng)和軸承效應(yīng)的綜合。 

【往復(fù)運(yùn)動(dòng)】當(dāng)軸作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),填料受到周期性的脈沖壓力,顯然受力狀況與回轉(zhuǎn)軸不同,當(dāng)軸運(yùn)動(dòng)方向與壓蓋壓緊力方向一致,內(nèi)端填料壓緊力增加,填料受壓縮,外端填料壓緊力減小,即填料膨脹。該填料吸收介質(zhì),并充滿其空隙。填料在軸向壓緊力分布變得均勻。當(dāng)軸運(yùn)動(dòng)方向與壓蓋壓緊力方向相反時(shí),內(nèi)端填料壓緊力減小(膨脹),外端填料壓緊力增加(壓縮),填料內(nèi)已吸入的介質(zhì)被擠壓而泄漏。由受力分析可知,對(duì)于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封,要求填料組織致密或進(jìn)行預(yù)壓縮,以提高密封性能。 

對(duì)于介質(zhì)泄漏要求較高的工況,通常選擇【雙填料函結(jié)構(gòu)】,其由兩個(gè)填料函組成的結(jié)構(gòu),兩箱體之間可以引入封液沖洗液,進(jìn)行液封、冷卻、潤(rùn)滑,也可搜集泄漏液, 對(duì)于易燃、易爆、有毒、高壓氣體、液體適用,在雙填料函結(jié)構(gòu)中,可通過主、副填料之間的泄漏量來判斷主填料是否需要壓緊。

下面以高壓柱塞泵的填料函設(shè)計(jì)為例來說明填料函的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。高壓往復(fù)柱塞泵是沸騰床加氫裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一,其壓力高,介質(zhì)腐蝕性強(qiáng),還帶有結(jié)焦物,要解決密封問題除了采用新型的編織填料之外,在高壓柱塞泵填料函結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還應(yīng)注意下面幾點(diǎn):

(1)采取降低壓力結(jié)構(gòu)。由于高壓往復(fù)柱塞泵壓力高,壓力循環(huán)變化及沖擊較大,給填料密封帶來很多問題。為降低介質(zhì)壓力以減輕對(duì)填料的負(fù)荷,可在填料前端設(shè)置一強(qiáng)度較高的節(jié)流環(huán)即導(dǎo)向環(huán)(導(dǎo)向環(huán)的材質(zhì)對(duì)密封性能有十分重要的影響,浸漬樹脂碳一石墨是導(dǎo)向環(huán)較為理想的材料)以節(jié)流降壓,控制泄漏量,減少介質(zhì)壓力對(duì)填料的沖擊,保護(hù)填料。壓力降與環(huán)軸之間的間隙立方成反比,泄漏量與環(huán)軸之間的間隙立方成正比,即間隙越小,壓降越大,泄漏量越低。因此節(jié)流環(huán)與軸之間的間隙應(yīng)盡可能地小,一般取(1.4‰~1.7‰)d,也可在環(huán)內(nèi)孔開迷宮槽。

(2)減輕柱塞重量。由于柱塞是個(gè)單支點(diǎn)的懸臂梁,軸的一部分重量由填料來承受,因此填料下部磨損嚴(yán)重而使軸偏心,從而大大增加泄漏量。一般在填料的前后端均設(shè)置主、副導(dǎo)向環(huán),以承受軸的重量,而對(duì)于大直徑的柱塞最有效的辦法采用空心柱塞,即把柱塞前端鉆空用絲扣堵頭封定,然后用超低碳型焊條封焊,或用高壓管焊接。據(jù)報(bào)道,采用空心柱塞后,填料密封的使用壽命將提高1倍。

注1:SH/T 3141-2017《石油化工往復(fù)泵工程技術(shù)規(guī)范》第5.7.2.3條規(guī)定:除非得到買方同意,不應(yīng)采用空心的活塞或柱塞。

注2:GB/T 34391-2017《石油、石化和天然氣工業(yè)用往復(fù)泵》第6.7.2.4條規(guī)定:空心活塞或柱塞的全部?jī)?nèi)腔應(yīng)保持常開。

(3)設(shè)置隔環(huán)。隔環(huán)除可阻止介質(zhì)從填料中滲漏外,并可使壓蓋的壓緊力均勻地傳遞給各填料。使用中,由于壓緊力的作用,使隔環(huán)內(nèi)徑變小,當(dāng)與柱塞直徑直接近時(shí),即可獲得密封效果。在高壓往復(fù)泵中采取隔環(huán)的效果更為明顯。其材質(zhì)有尼龍、聚四氟乙烯。 

來源:加氫設(shè)備工程師